تولید اسید سولفوریک

اسید سولفوریک در گذشته با نام جوهر گوگرد خوانده می‌شد ، اسیدی بسیار قوی است که با هر درصدی در آب حل می‌شود و فرمول شیمیایی آنH₂SO₄ است .

Sulfuric-acid-2D-dimensions.svg

پی اچ(pH) این اسید ۰/۵ ( ۵ دهم ) می‌باشد .

اسید سولفوریک برای نخستین بار توسط جابر ابن حیان کشف شد . او با تقطیر کانی‌ های سولفات آهن (آهن سولفات هفت آبه به فرمول FeSO₄ . ۷H₂O) و مس(II) سولفات ، این اسید را به دست آورد .

از اسید سولفوریک در مواد شوینده ، رنگ نقاشی و غیره استفاده می‌شود .

خواص فیزیکی :

این ماده دارای مولکول‌ های دارای گشتاور قطبی است که می‌توانند با یک‌دیگر پیوند هیدروژنی برقرار کنند . پس سولفوریک اسید مایعی است با نقطه جوش بالا و هم چنین یک مایع ویسکوز ( دارای گران روی زیاد ) محسوب می‌شود . همین شرایط مولکولی باعث می‌شوند که سولفوریک اسید به خوبی در آب حل شود و محلول‌های اسیدی مختلف تولید کند .

ساختار مولکولی و خصلت اسیدی :

این ماده از مولکول‌هایی شامل یک اتم گوگرد ، چهار اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن ساخته شده‌ است . از آن‌ جا که هیدروژن‌ها به اتم اکسیژن متصل هستند ، حامل بار مثبت جزیی می‌باشند و قادرند به عنوان هیدروژن اسیدی عمل کنند . با از دست دادن اولین هیدروژن ، آنیون هیدروژن‌ سولفات تولید می‌شود که با توجه به ساختار های رزونانسی ، بسیار پایدار است ؛ بنابراین اولین تفکیک اسیدسولفوریک ، به شکل کامل انجام می‌شود :

H2SO4 + H2O → HSO4 + H3O+  ( ۱

برای دومین مرحله ، باید هیدروژن به شکل کاتیون ، آنیون هیدروژن‌ سولفات را ترک کند که چندان راحت نیست ؛ بنابراین تفکیک دومین هیدروژن اسیدی در سولفوریک اسید ، کامل نیست و یک واکنش تعادلی است :

HSO4 + H2O ⇔ H3O+ + SO42-  ( ۲

 

تولید سولفوریک اسید :
فرایند مجاورت :

در کارخانه الماس شیمی مفید برای تولید اسید سولفوریک از این روش استفاده می شود .

اسید سولفوریک ، یکی از مهم‌ ترین مواد شیمیایی صنعتی است که با استفاده از فرایند مجاورت تولید می‌شود . در مرحله نخست گوگرد در مجاورت اکسیژن ، اکسید شده و گوگرد دی‌اکسید به دست می‌آید :

S(s) + O2(g) → SO2(g)  ( ۱

در مرحله بعد گوگرد دی‌ اکسید در مجاورت یک کاتالیزگر و در واکنش با اکسیژن اضافی به SO۳ اکسیده می‌شود :

SO2(g) + O2(g) → SO3(g)  ( ۲ 

این واکنش گرماده است و انتروپی (بی نظمی) آن کاهش می‌یابد چون عامل انتروپی نامساعد است ؛ یک عامل نامساعد ترمودینامیکی دارد پس برگشت‌پذیر است .

واکنش بالا در دمای معمولی بسیار کند است ؛ لذا در روش صنعتی ، از دماهای بالاتر ( °۴۰۰ تا °۷۰۰ سانتیگراد ) و از یک کاتالیزور ( مانند پنتا اکسید وانادیم V۲O۵ یا اسفنج پلاتین،که البته امروزه کمتر به کار میرود . ) استفاده می‌شود . از واکنش گوگرد تری‌ اکسید با آب ، محلول اسید سولفوریک تشکیل می‌شود :

SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(aq)  ( ۳

با تکرار مراحل بالا و دمیدن گوگرد تری‌ اکسید درون محلول اسید سولفوریک ، پیرو اسید سولفوریک (H2S2O7) تشکیل می‌شود :

H2SO4(l) + SO3(g) → H2S2O7(l)  ( ۴

سپس با افزودن آب به پیرو اسید سولفوریک ، محلول اسید سولفوریک را تهیه می‌کنند :

H2S2O7(l) + H2O(l) → ۲H2SO4(l)  ( ۵

کنترل این روش که در آن ، پیروسولفوریک اسید تشکیل می‌شود ، آسان‌تر از واکنش مستقیم گوگرد تری‌اکسید با آب است ؛ بنابراین از این واکنش برای تولید سولفوریک اسید با درصد معین و غلظت دل‌خواه استفاده می شود .

دیگر روش‌ها

۱- سولفوریک اسید را می‌توان در آزمایشگاه از واکنش گاز گوگرد دی‌اکسید با هیدروژن پراکسید ( آب اکسیژنه ) به دست آورد .

(g) + H۲O2 (l) → H۲SO۴ (l)SO2

۲- روش دیگر تولید سولفوریک اسید در آزمایشگاه با استفاده از الکترولیز محلول مس ( ll ) می‌باشد که کاتد باید از فلزی باشد که رسانایی خوبی دارد ، مانند مس و آند نیز باید از جنس پلاتین یا زغال باشد تا با محلول واکنش ندهد .