Rikkihappo

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 19. elokuuta 2022 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 4 muokkausta .
Rikkihappo
Kenraali
Systemaattinen
nimi
Rikkihappo
Perinteiset nimet Rikkihappo, vitrioli, oleum
Chem. kaava H2SO4 _ _ _
Rotta. kaava H2SO4 _ _ _
Fyysiset ominaisuudet
Osavaltio Nestemäinen
Moolimassa 98,078 ± 0,006 g/ mol
Tiheys 1,8356 g/cm³
Dynaaminen viskositeetti 21 mPa s [2]
Lämpöominaisuudet
Lämpötila
 •  sulaminen +10,38°C
 •  kiehuva +337°C
 • hajoaminen +450°C
Spesifinen sulamislämpö 10,73 J/kg
Höyryn paine 0,001 ± 0,001 mmHg [3]
Kemiallisia ominaisuuksia
Hapon dissosiaatiovakio -3
Liukoisuus
 • vedessä Liukeneva
Optiset ominaisuudet
Taitekerroin 1,397
Rakenne
Dipoli momentti 2,72  D
Luokitus
Reg. CAS-numero 7664-93-9
PubChem
Reg. EINECS-numero 231-639-5
Hymyilee   OS(O)(=O)=O
InChI   InChI = 1S/H2O4S/c1-5(2,3)4/h(H2,1,2,3,4)QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N
Codex Alimentarius E513
RTECS WS5600000
CHEBI 26836
YK-numero 1830
ChemSpider
Turvallisuus
Rajoita keskittymistä 1 mg/ m3
LD 50 100 mg/kg
Myrkyllisyys 2. vaaraluokka [1] , yleinen myrkyllinen vaikutus.
Lyhyt hahmo. vaara (H) H290 , H314
varotoimenpiteitä. (P) P280 , P301+P330+ P331 , P303+P361+P353 , P305+P351+P338 , P308+P311
merkkisana vaarallinen
GHS-piktogrammit CGS-järjestelmän piktogrammi "Kallo ja luut".CGS-järjestelmän "korroosio" -piktogrammiCGS-järjestelmän piktogrammi "Liekki ympyrän päällä".CGS-järjestelmän kuvamerkki "huutomerkki".GHS-ympäristökuvake
NFPA 704 NFPA 704 nelivärinen timantti 0 3 2WOX_
_
Tiedot perustuvat standardiolosuhteisiin (25 °C, 100 kPa), ellei toisin mainita.
 Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa

Rikkihappo ( kemiallinen kaava  - H 2 S O 4 ) on vahva epäorgaaninen happo , joka vastaa rikin korkeinta hapetusastetta (+6).

Normaaleissa olosuhteissa väkevä rikkihappo on raskas öljymäinen neste , väritön ja hajuton , jolla on voimakkaasti hapan "kupari" maku. Tekniikassa rikkihappoa kutsutaan sen seoksiksi sekä veden että rikkihappoanhydridin SO 3 kanssa . Jos moolisuhde SO 3  : H 2 O < 1, tämä on rikkihapon vesiliuos, jos > 1 - SO 3 -liuos rikkihapossa ( oleum ). Se on myrkyllistä suurina annoksina [4] ja sillä on poikkeuksellisen voimakas syövyttävä vaikutus.

Otsikko

XVIII-XIX vuosisatojen rikki ruutia varten valmistettiin rikkipyriitistä (pyriitistä) vitriolitehtaissa. Rikkihappoa kutsuttiin tuolloin "vitrioliöljyksi" [5] [6] , josta ilmeisesti johtui sen suolojen (tai pikemminkin kiteisten hydraattien) nimi - vitrioli .

Historiallista tietoa

Rikkihappo on tunnettu antiikista lähtien, ja sitä esiintyy luonnossa vapaassa muodossa, esimerkiksi järvinä tulivuorten lähellä. Ehkä ensimmäinen maininta happamista kaasuista, jotka on saatu kalsinoimalla alunaa tai rautasulfaattia "vihreää kiveä", löytyy arabialkemisti Jabir ibn Hayyanin kirjoituksista .

800- luvulla persialainen alkemisti Ar-Razi kalsinoi raudan ja kuparisulfaatin seosta (FeSO 4 • 7H 2 O ja CuSO 4 • 5H 2 O) sai myös rikkihappoliuoksen. Tämän menetelmän viimeisteli eurooppalainen alkemisti Albert Magnus , joka eli 1200-luvulla.

Kaavio rikkihapon saamiseksi rauta(II) sulfaatista  - rauta(II)sulfaatin lämpöhajoaminen, jota seuraa seoksen jäähdyttäminen [7]

Alkemisti Valentinen (XIII vuosisata) kirjoitukset kuvaavat menetelmää rikkihapon valmistamiseksi absorboimalla kaasua (rikkianhydridiä), joka vapautuu polttamalla rikki- ja nitraattijauheseosta veden kanssa . Myöhemmin tämä menetelmä muodosti perustan ns. "kammio"-menetelmä, joka suoritetaan pienissä kammioissa, jotka on vuorattu lyijyllä, joka ei liukene rikkihappoon. Neuvostoliitossa tämä menetelmä oli olemassa vuoteen 1955 asti.

1400-luvun alkemistit tiesivät myös menetelmän rikkihapon saamiseksi rikkikiiskistä  - rikkiriisua, halvempaa ja yleisempää raaka-ainetta kuin rikkiä. Rikkihappoa tuotettiin tällä tavalla 300 vuoden ajan pieniä määriä lasiretorteissa . Myöhemmin katalyysin kehittymisen vuoksi tämä menetelmä korvasi rikkihapon synteesin kammiomenetelmän. Tällä hetkellä rikkihappoa tuotetaan katalyyttisellä hapetuksella (V 2 O 5 :llä ) rikkioksidia (IV) rikkioksidiksi (VI) ja liuottamalla rikkioksidi (VI) 70-prosenttiseen rikkihappoon oleumin muodostamiseksi.

Venäjällä rikkihapon tuotanto järjestettiin ensimmäisen kerran vuonna 1805 Moskovan lähellä Zvenigorodin alueella. Vuonna 1913 Venäjä oli rikkihapon tuotannossa maailman 13. sijalla. [kahdeksan]

Fysikaaliset ja fysikaalis-kemialliset ominaisuudet

Rikkihappo on erittäin vahva kaksiemäksinen happo, 18 o C: ssa pKa (1) \u003d -2,8, pKa ( 2) \u003d 1,92 (K2 1,2 10 -2 ); sidospituudet molekyylissä S=O 0,143 nm, S–OH 0,154 nm, kulma HOSOH 104°, OSO 119°; kiehuu muodostaen atseotrooppisen seoksen (98,3 % H 2 SO 4 ja 1,7 % H 2 O , kiehumispiste 338,8 ° C). Sekoittuu veden ja SO 3 :n kanssa kaikissa suhteissa. Vesiliuoksissa rikkihappo dissosioituu lähes täydellisesti H 3 O + :ksi , HSO 3 + :ksi ja 2НSO₄ − :ksi . Muodostaa hydraatteja H 2SO 4 n H 2O , jossa n = 1, 2 , 3, 4 ja 6,5.

Rikkihapolla, joka vastaa 100 % H 2 SO 4 -pitoisuutta , on koostumus (%):
H2SO4 _ _ _ HSO 4 - H3SO4 + _ _ _ H3O + _ _ HS 2O 7⁻ _ _ H2S2O7 _ _ _ _ _
yhdiste, % 99.5 0,18 0.14 0.09 0,05 0,04

Oleum

Rikkihappoanhydridin SO 3 liuoksia rikkihapossa kutsutaan oleumiksi, ne muodostavat kaksi yhdistettä H 2 SO 4 SO 3 ja H 2 SO 4 2SO 3 .

Oleum sisältää myös pyrorikkihappoa , joka muodostuu reaktioista:

Sulfiitti

Rikkihapon vesiliuosten kiehumispiste kohoaa sen pitoisuuden kasvaessa ja saavuttaa maksiminsa 98,3 % H 2 SO 4 -pitoisuudella .

Rikkihapon ja oleumin vesiliuosten ominaisuudet
Pitoisuus % massasta Tiheys 20 °C:ssa, g/ cm3 Sulamispiste , °C Kiehumispiste , °C
H2SO4 _ _ _ SO 3 (ilmainen)
kymmenen - 1,0661 −5.5 102,0
kaksikymmentä - 1,1394 −19.0 104.4
40 - 1.3028 −65.2 113.9
60 - 1,4983 −25.8 141,8
80 - 1,7272 −3.0 210.2
98 - 1,8365 0.1 332.4
100 - 1,8305 10.4 296.2
104.5 kaksikymmentä 1,8968 −11.0 166,6
109 40 1,9611 33.3 100.6
113.5 60 2,0012 7.1 69.8
118,0 80 1,9947 16.9 55,0
122,5 100 1,9203 16.8 44.7

Oleumin kiehumispiste laskee SO 3 - pitoisuuden kasvaessa . Rikkihapon vesiliuosten pitoisuuden kasvaessa liuosten kokonaishöyrynpaine laskee ja H 2SO 4 -pitoisuudessa 98,3 % saavuttaa minimin. Kun SO 3 -pitoisuus oleumissa kasvaa, sen yläpuolella oleva kokonaishöyrynpaine kasvaa. Rikkihapon ja oleumin vesiliuosten höyrynpaine voidaan laskea yhtälöllä:

kertoimien A ja B arvot riippuvat rikkihapon pitoisuudesta. Höyry rikkihapon vesiliuosten päällä koostuu vesihöyryn, H 2 SO 4 ja SO 3 , seoksesta, kun taas höyryn koostumus eroaa nesteen koostumuksesta kaikilla rikkihapon pitoisuuksilla, lukuun ottamatta vastaavaa atseotrooppista seosta.

Lämpötilan noustessa dissosiaatio lisääntyy:

Tasapainovakion lämpötilariippuvuuden yhtälö :

Normaalipaineessa dissosiaatioaste: 10 -5 (373 K), 2,5 (473 K), 27,1 (573 K), 69,1 (673 K).

100 % rikkihapon tiheys voidaan määrittää yhtälöstä:


Rikkihappoliuosten pitoisuuden kasvaessa niiden lämpökapasiteetti laskee ja saavuttaa 100 % rikkihapon minimin; oleumin lämpökapasiteetti kasvaa SO 3 -pitoisuuden kasvaessa .

Pitoisuuden kasvaessa ja lämpötilan laskussa lämmönjohtavuus λ laskee:

jossa C  on rikkihapon pitoisuus %, %.

Oleumilla H 2 SO 4 · SO 3 on maksimiviskositeetti ; lämpötilan noustessa η pienenee. Oleumilla minimi ρ on pitoisuudessa 10 % SO 3 . Lämpötilan noustessa rikkihapon ρ kasvaa. 100-prosenttisen rikkihapon dielektrisyysvakio 101 (298,15 K), 122 (281,15 K); kryoskooppinen vakio 6,12, ebulioskooppinen vakio 5,33; rikkihappohöyryn diffuusiokerroin ilmassa vaihtelee lämpötilan mukaan; D \u003d 1,67 10 -5 T 3/2 cm 2 / s.

H 2 SO 4 -liuosten tiheyden riippuvuus sen massaosuudesta vesiliuoksessa 25 °C:ssa [9]
ω, % 5 kymmenen kaksikymmentä kolmekymmentä 40 viisikymmentä 60 70 80 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100
ρH2S04 , g / ml 1.03 1,064 1,1365 1.215 1,2991 1,3911 1,494 1,6059 1,7221 1,7732 1,7818 1,7897 1,7968 1,8033 1,8091 1,8142 1,8188 1,8227 1,826 1,8286 1,8305 1,8314 1,831 1,8292 1,8255

Kemialliset ominaisuudet

Rikkihappo tiivistetyssä muodossa on kuumennettaessa melko voimakas hapetin.

1. Hapettaa HI: n ja osittain HBr :n vapaiksi halogeeneiksi :

ΔH° = −561,9 kJ/mol (eksoterminen) [10] ΔG° = −305,4 kJ/mol (eksergoninen) [10] ΔH° = 18,14 kJ/mol (endoterminen) [11] ΔS° = -14,95 J/mol (eksoentrooppinen) [11] ΔG° = 22,5 kJ/mol (endergoninen) [11]

Hiili CO 2 : ksi , rikki SO 2  :ksi .

2. Hapettaa monia metalleja (poikkeukset: Au , Pt , Ir , Rh , Ta ). Tässä tapauksessa väkevä rikkihappo pelkistetään rikkidioksidiksi , esimerkiksi [12] :

3. Kylmässä väkevässä rikkihapossa Fe , Al , Cr , Co , Ni , Ba passivoituvat, eivätkä reaktiot etene.

Vahvimmat pelkistävät aineet pelkistävät väkevän rikkihapon rikiksi ja rikkivedyksi . Väkevä rikkihappo imee vesihöyryä, joten sitä käytetään kaasujen, nesteiden ja kiinteiden aineiden kuivaamiseen esimerkiksi eksikkaattoreissa . Väkevä H 2 SO 4 kuitenkin pelkistyy osittain vedyn vaikutuksesta, minkä vuoksi sitä ei voida käyttää sen kuivaamiseen. Veden jakaminen orgaanisista yhdisteistä ja mustahiilestä (hiilestä) jäävä väkevä rikkihappo johtaa puun, sokerin ja muiden aineiden hiiltymiseen [12] .

4. Laimennettu H 2 SO 4 on vuorovaikutuksessa kaikkien metallien kanssa , jotka sijaitsevat sähkökemiallisessa jännitesarjassa vedyn vasemmalla puolella sen vapautuessa, esimerkiksi [12] :

5. Laimean H 2 SO 4 :n hapettavat ominaisuudet ovat epätyypillisiä. Rikkihappo muodostaa kaksi sarjaa suoloja: keski - sulfaatteja ja happamia - hydrosulfaatteja sekä estereitä. Peroksomonorikkihappo ( tai Caron happo ) H2SO5- ja peroksodirikkihapot tunnetaan . _ _

6. Rikkihappo reagoi emäksisten oksidien kanssa muodostaen metallisulfaattia ja vettä:

7. Metallintyöstölaitoksissa rikkihappoliuoksella poistetaan metallioksidikerros metallituotteiden pinnalta, jotka ovat alttiita voimakkaalle kuumennukselle valmistusprosessin aikana. Joten rautaoksidi poistetaan levyraudan pinnalta lämmitetyn rikkihappoliuoksen vaikutuksesta:

8. Väkevä H 2 SO 4 muuttaa jotkin orgaaniset aineet muiksi hiiliyhdisteiksi:

9. Laadullinen reaktio rikkihapolle ja sen liukoisille suoloille on niiden vuorovaikutus liukoisten bariumsuolojen kanssa , jolloin muodostuu valkoinen bariumsulfaatin sakka, joka ei liukene veteen ja happoihin, esimerkiksi [13] :


Rikkihapon saaminen

Teollinen (kontakti) menetelmä

Teollisuudessa rikkihappoa tuotetaan hapettamalla rikkidioksidia ( rikkikaasua , joka muodostuu vetykäsittelylaitoksista ja happaman jätteen poistojärjestelmistä tulevien alkuainerikin , rikkipyriitin tai rikkivetyä sisältävien kaasujen palaessa) trioksidiksi (rikkianhydridiksi ) kiinteä vanadiinikatalysaattori neljässä vaiheessa (tämä reaktio on eksoterminen, joten välijäähdytys suoritetaan ensimmäisen kerroksen jälkeen käyttämällä putkikimppuja, joiden läpi ilmaa syötetään, ja kahden seuraavan vaiheen jälkeen - käyttämällä rengasmaista putkea, jolla on suuri halkaisija ja jonka läpi ilma syötetään, jonka päällä on deflektori Ilma puhalletaan puhaltimilla, osa kuumasta ilmasta syötetään kattiloiden polttimiin, joissa poltetaan rikkivetyä sisältäviä kaasuja), jota seuraa jäähdytys ja SO 3 -vuorovaikutus vedellä. Tällä menetelmällä saatua rikkihappoa kutsutaan myös "kontaktiksi" (pitoisuus 92-94 %).

Nitrous (torni) menetelmä

Aikaisemmin rikkihappoa saatiin yksinomaan typpihappomenetelmällä erityisissä torneissa, ja happoa kutsuttiin "torniksi" (75 %:n pitoisuus). Tämän menetelmän ydin on rikkidioksidin hapetus typpidioksidilla veden läsnä ollessa. Juuri tällä tavalla reaktio tapahtui Lontoon ilmassa suuren savusumun aikana .

Laboratoriomenetelmät

Laboratoriossa rikkihappoa voidaan saada antamalla rikkivetyä , alkuainerikkiä ja rikkidioksidia reagoimaan kloorin tai bromiveden tai vetyperoksidin kanssa :



Sitä voidaan saada myös saattamalla rikkidioksidi reagoimaan hapen ja veden kanssa +70 °C:ssa paineen alaisena kupari(II)sulfaatin läsnä ollessa :

Sovellus

Rikkihappoa käytetään:

Maailman rikkihapon tuotanto on noin 200 miljoonaa tonnia vuodessa [14] . Suurin rikkihapon kuluttaja on mineraalilannoitteiden valmistus. P 2 O 5 -fosfaattilannoitteilla rikkihappoa kuluu massaltaan 2,2–3,4 kertaa enemmän ja (NH 4 ) 2 SO 4 -rikkihapolla 75 % kulutetun (NH 4 ) 2 SO 4 -massasta . Siksi rikkihappotehtaita rakennetaan yleensä mineraalilannoitteiden tuotantolaitosten yhteyteen.

Myrkyllinen vaikutus

Rikkihappo ja oleum  ovat erittäin syövyttäviä aineita, jotka vaikuttavat kaikkiin kehon kudoksiin. Kun näiden aineiden höyryt hengitetään, ne aiheuttavat hengitysvaikeuksia, yskää , usein - kurkunpääntulehdusta , trakeiittia , keuhkoputkentulehdusta jne. Hapon joutuminen silmiin suurina pitoisuuksina voi johtaa sekä sidekalvotulehdukseen että täydelliseen näön menetykseen [15] .

Suurin sallittu rikkihappohöyryn pitoisuus (MAC) työskentelyalueen ilmassa on 1 mg/m 3 , ilmakehän ilmassa 0,3 mg/m 3 (maksimi kertaluonteinen) ja 0,1 mg/m 3 (vuorokausikeskiarvo) . Rikkihappohöyryn haitallinen pitoisuus on 0,008 mg/l ( altistus 60 min), tappava 0,18 mg/l (60 min).

Rikkihappo on myrkyllinen aine. GOST 12.1.007-76:n mukaan rikkihappo on myrkyllinen erittäin vaarallinen aine [16] elimistöön kohdistuvien vaikutusten osalta, vaaraluokka 2 .

Rikkihappoaerosolia voi muodostua ilmakehään kemian- ja metallurgisen teollisuuden rikkioksideja sisältävien päästöjen seurauksena ja pudota ulos happosateena .

Venäjällä rikkihapon kierto, jonka pitoisuus on vähintään 45 %, on laillisesti rajoitettu [17] .

Lisätietoja

Pienimmät rikkihappopisarat voivat muodostua ilmakehän keski- ja yläosaan vesihöyryn ja suuria määriä rikkiä sisältävän vulkaanisen tuhkan reaktion seurauksena. Tuloksena oleva rikkihappopilvien korkeasta albedosta johtuva suspensio vaikeuttaa auringonvalon pääsyä planeetan pinnalle. Siksi (ja myös yläilmakehän suuren määrän pieniä tulivuoren tuhkahiukkasia, jotka myös vaikeuttavat auringonvalon pääsyä planeetalle) voi tapahtua merkittäviä ilmastomuutoksia erityisen voimakkaiden tulivuorenpurkausten jälkeen. Esimerkiksi Ksudach- tulivuoren ( Kamtšatkan niemimaa , 1907) purkauksen seurauksena ilmakehän pölypitoisuuden kasvu jatkui noin 2 vuotta, ja jopa Pariisissa havaittiin tyypillisiä rikkihapon hopeapilviä [18] . Pinatubo -tulivuoren räjähdys vuonna 1991, joka lähetti 3⋅107 tonnia rikkiä ilmakehään, johti siihen, että vuodet 1992 ja 1993 olivat paljon kylmempiä kuin 1991 ja 1994 [19] .

Standardit

Muistiinpanot

  1. Tekninen rikkihappo GOST 2184-77
  2. Kemiallisen teknologian tietosanakirja  (englanniksi) / R. E. Kirk , D. Othmer
  3. http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0577.html
  4. nimi= https ://docs.cntd.ru_Rikkihappo
  5. Ushakova N. N., Figurnovsky N. A. Vasily Mihailovich Severgin: (1765-1826) / Toim. I. I. Shafranovski. M.: Nauka, 1981. C. 59.
  6. Katso myös Kiviöljy
  7. Epstein, 1979 , s. 40.
  8. Epstein, 1979 , s. 41.
  9. Tiheys - konsentraatiolaskin  . Haettu 21. joulukuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 21. joulukuuta 2021.
  10. ↑ 1 2 rikkihappo vetyjodidi -> jodi H2S vesi - Wolfram|  Alpha . www.wolframalpha.com . Käyttöönottopäivä: 19.5.2022.
  11. ↑ 1 2 3 rikkihappo vetybromidi -> bromi rikkidioksidi vesi - Wolfram|  Alpha . www.wolframalpha.com . Käyttöönottopäivä: 19.5.2022.
  12. 1 2 3 Khodakov Yu.V., Epshtein D.A., Gloriozov P.A. § 91. Rikkihapon kemialliset ominaisuudet // Epäorgaaninen kemia: Oppikirja lukion 7-8 luokalle. - 18. painos - M . : Koulutus , 1987. - S. 209-211. - 240 s. — 1 630 000 kappaletta.
  13. Khodakov Yu.V., Epshtein D.A., Gloriozov P.A. § 92. Laadullinen reaktio rikkihappoon ja sen suoloihin // Epäorgaaninen kemia: Oppikirja lukion 7-8 luokille. - 18. painos - M . : Koulutus , 1987. - S. 212. - 240 s. — 1 630 000 kappaletta.
  14. Rikkihappo  (englanniksi) // "The Essential Chemical Industry - online"
  15. RIKKIHAPPO | CAMEO Chemicals | NOAA . cameochemicals.noaa.gov. Haettu: 22.5.2020.
  16. name= https://docs.cntd.ru_GOST  (pääsemätön linkki) 12.1.007-76. SSBT. Haitallisia aineita. Luokittelu ja yleiset vaatimukset
  17. Venäjän federaation hallituksen asetus, 3. kesäkuuta 2010, nro 398 (linkki ei saavutettavissa) . Haettu 30. toukokuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 30. kesäkuuta 2016. 
  18. katso artikkeli "Vulkaanit ja ilmasto" Arkistoitu 28. syyskuuta 2007 Wayback Machinessa  (venäjäksi)
  19. Venäjän saaristo - Onko ihmiskunta syyllinen globaaliin ilmastonmuutokseen? Arkistoitu 1. joulukuuta 2007 Wayback Machinessa  (venäjäksi)

Kirjallisuus

Linkit