Kénsav

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2022. augusztus 19-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 4 szerkesztést igényelnek .
Kénsav
Tábornok
Szisztematikus
név
Kénsav
Hagyományos nevek Kénsav, vitriol, óleum
Chem. képlet H2SO4 _ _ _
Patkány. képlet H2SO4 _ _ _
Fizikai tulajdonságok
Állapot Folyékony
Moláris tömeg 98,078 ± 0,006 g/ mol
Sűrűség 1,8356 g/cm³
Dinamikus viszkozitás 21 mPa s [2]
Termikus tulajdonságok
Hőfok
 •  olvadás +10,38°C
 •  forralás +337°C
 • bomlás +450°C
Fajlagos olvadási hő 10,73 J/kg
Gőznyomás 0,001 ± 0,001 Hgmm [3]
Kémiai tulajdonságok
Sav disszociációs állandó -3
Oldhatóság
 • vízben Oldódó
Optikai tulajdonságok
Törésmutató 1.397
Szerkezet
Dipólmomentum 2,72  D
Osztályozás
Reg. CAS szám 7664-93-9
PubChem
Reg. EINECS szám 231-639-5
MOSOLYOK   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
ENSZ szám 1830
ChemSpider
Biztonság
Korlátozza a koncentrációt 1 mg/m3
LD 50 100 mg/kg
Toxicitás 2. veszélyességi osztály [1] , általános mérgező hatás.
Rövid karakter. veszély (H) H290 , H314
elővigyázatossági intézkedések. (P) P280 , P301+P330+P331 , P303+P361+P353 , P305+P351+P338 , P308+P311
jelző szó veszélyes
GHS piktogramok A CGS rendszer "koponya és keresztezett csontok" piktogramjaA CGS rendszer "korróziója" piktogramjaA CGS rendszer "Láng a kör felett" piktogramjaA CGS rendszer "felkiáltójel" piktogramjaGHS egészségügyi veszélyt jelző piktogramGHS környezeti piktogram
NFPA 704 NFPA 704 négyszínű gyémánt 0 3 2WOX_
_
Az adatok standard körülményeken (25 °C, 100 kPa) alapulnak, hacsak nincs másképp jelezve.
 Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon

A kénsav ( kémiai képlete  - H 2 S O 4 ) egy erős szervetlen sav , amely megfelel a kén legmagasabb oxidációs állapotának (+6).

Normál körülmények között a koncentrált kénsav nehéz olajos folyadék , színtelen és szagtalan , erősen savas "réz" ízű. A technológiában a kénsavat vízzel és kénsav-anhidriddel SO 3 alkotott keverékeinek nevezik . Ha a SO 3  : H 2 O mólarány < 1, akkor ez a kénsav vizes oldata, ha > 1 - SO 3 kénsavban készült oldata ( óleum ). Nagy dózisban mérgező [4] és rendkívül erős maró hatású.

Cím

A XVIII-XIX. században kén- piritből (pirit) állították elő a lőporhoz való ként a vitriolgyárakban. A kénsavat akkoriban vitriololajnak nevezték [5] [6] , nyilvánvalóan innen ered a sói (vagy inkább kristályos hidrátjai) neve is: vitriol .

Történelmi információk

A kénsav az ókor óta ismert, a természetben szabad formában fordul elő, például tavak formájában a vulkánok közelében. A timsó vagy vas-szulfát „zöld kő” égetésével nyert savas gázok talán első említése Jabir ibn Hayyan arab alkimistának tulajdonított írásokban található .

A 9. században Ar-Razi perzsa alkimista vas és réz-szulfát (FeSO 4 • 7H 2 O és CuSO 4 • 5H 2 O) keverékét kalcinálva kénsav oldatot is kapott. Ezt a módszert Albert Magnus európai alkimista tökéletesítette , aki a 13. században élt.

A kénsav vas-szulfátból történő előállításának sémája  - vas(II)-szulfát hőbontása, majd a keverék hűtése [7]

Valentine alkimista (XIII. század) írásai egy kénsav előállításának módszerét írják le a kén és nitrát por keverékének vízzel való elégetése során felszabaduló gáz (kén-anhidrid) elnyelésével . Ezt követően ez a módszer képezte az alapját az ún. "kamrás" módszer, amelyet kis kamrákban hajtanak végre, amelyeket ólommal béleltek, amely nem oldódik kénsavban. A Szovjetunióban ez a módszer 1955-ig létezett.

A 15. század alkimistái is ismertek egy módszert a kénsav piritből történő előállítására  - a kénpirit, a kénnél olcsóbb és gyakoribb nyersanyag. A kénsavat 300 éven keresztül, kis mennyiségben üvegretortában állították elő így . Később a katalízis fejlődése miatt ez a módszer felváltotta a kénsav szintézisének kamrás módszerét. Jelenleg a kénsavat a (IV) kén-oxid katalitikus oxidációjával (V 2 O 5 ) állítják elő kén-oxiddá (VI), majd ezt követően a (VI) kén-oxidot 70%-os kénsavban oldják óleumot képezve.

Oroszországban először 1805-ben szervezték meg a kénsav előállítását Moszkva közelében, a Zvenigorod kerületben. 1913-ban Oroszország a 13. helyet foglalta el a világon a kénsav előállításában. [nyolc]

Fizikai és fizikai-kémiai tulajdonságok

A kénsav egy nagyon erős kétbázisú sav, 18 o C- on pKa (1) \u003d -2,8, pKa ( 2) \u003d 1,92 (K2 1,2 10 -2 ); kötéshosszak a molekulában S=O 0,143 nm, S–OH 0,154 nm, szög HOSOH 104°, OSO 119°; felforr, azeotróp elegyet képezve (98,3% H 2 SO 4 és 1,7% H 2 O , forráspontja 338,8 ° C). Vízzel és SO 3 -mal minden arányban elegyíthető. Vizes oldatokban a kénsav szinte teljesen disszociál H 3 O + -ra , HSO 3 + -ra és 2НSO₄ - . H 2 SO 4 n H 2 O hidrátokat képez , ahol n = 1, 2, 3, 4 és 6,5.

A 100%-os H 2 SO 4 tartalomnak megfelelő kénsav összetétele (%):
H2SO4 _ _ _ HSO 4 - H3SO4 + _ _ _ H3O + _ _ HS 2 O 7⁻ _ H2S2O7 _ _ _ _ _
vegyület, % 99,5 0.18 0.14 0,09 0,05 0,04

Oleum

A kénsav SO 3 kénsavban készült oldatait óleumnak nevezzük, két vegyületet képeznek: H 2 SO 4 SO 3 és H 2 SO 4 2SO 3 .

Az óleum pirokénsavat is tartalmaz , amely a következő reakciók során keletkezik:

Szulfit

A kénsav vizes oldatainak forráspontja koncentrációjának növekedésével növekszik, és 98,3% H 2 SO 4 tartalomnál éri el a maximumot .

Kénsav és óleum vizes oldatainak tulajdonságai
Tartalom tömegszázalék Sűrűség 20 °C-on, g/ cm3 Olvadáspont , °C Forráspont , °C
H2SO4 _ _ _ SO 3 (ingyenes)
tíz - 1,0661 −5.5 102,0
húsz - 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 húsz 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

Az óleum forráspontja a SO 3 - tartalom növekedésével csökken . A kénsav vizes oldatainak koncentrációjának növekedésével az oldatok teljes gőznyomása csökken, és 98,3% H 2 SO 4 tartalomnál eléri a minimumot. Az óleum SO 3 koncentrációjának növekedésével a felette lévő teljes gőznyomás nő. A kénsav és óleum vizes oldatai feletti gőznyomás a következő egyenlettel számítható ki:

az A és B együtthatók értéke a kénsav koncentrációjától függ. A kénsav vizes oldatai feletti gőz vízgőz, H 2 SO 4 és SO 3 keverékéből áll , míg a gőz összetétele a kénsav minden koncentrációjában eltér a folyadék összetételétől, kivéve a megfelelő azeotróp keveréket.

A hőmérséklet növekedésével a disszociáció fokozódik:

Az egyensúlyi állandó hőmérsékletfüggésének egyenlete :

Normál nyomáson a disszociáció mértéke: 10 −5 (373 K), 2,5 (473 K), 27,1 (573 K), 69,1 (673 K).

A 100%-os kénsav sűrűsége a következő egyenletből határozható meg:


A kénsavoldatok koncentrációjának növekedésével hőkapacitásuk csökken, és eléri a 100%-os kénsav minimumát, az óleum hőkapacitása a SO 3 tartalom növekedésével nő .

A koncentráció növekedésével és a hőmérséklet csökkenésével a hővezető képesség λ csökken:

ahol C  a kénsav koncentrációja, százalékban.

A H 2 SO 4 · SO 3 óleum viszkozitása a legnagyobb , a hőmérséklet emelkedésével η csökken. Az óleum esetében a minimális ρ 10% SO 3 koncentrációnál van . A hőmérséklet emelkedésével a kénsav ρ értéke nő. 100%-os kénsav dielektromos állandója 101 (298,15 K), 122 (281,15 K); krioszkópos állandó 6,12, ebulioszkópiai állandó 5,33; a levegőben lévő kénsavgőz diffúziós együtthatója a hőmérséklet függvényében változik; D \u003d 1,67 10 -5 T 3/2 cm 2 / s.

A H 2 SO 4 oldatok sűrűségének függése a 25 °C-os vizes oldatban lévő tömeghányadtól [9]
ω, % 5 tíz húsz harminc 40 ötven 60 70 80 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100
ρ H2SO4 , 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

Kémiai tulajdonságok

A kénsav koncentrált formában hevítve meglehetősen erős oxidálószer.

1. A HI -t és részben a HBr -t szabad halogénné oxidálja :

ΔH° = –561,9 kJ/mol (exoterm) [10] ΔG° = –305,4 kJ/mol (exergonikus) [10] ΔH° = 18,14 kJ/mol (endoterm) [11] ΔS° = -14,95 J/mol (exoentropikus) [11] ΔG° = 22,5 kJ/mol (endergonikus) [11]

Szénből CO 2 , kénből SO 2 . _  _

2. Sok fémet oxidál (kivétel: Au , Pt , Ir , Rh , Ta ). Ebben az esetben a tömény kénsavat kén-dioxiddá redukálják , például [12] :

3. Hidegben tömény kénsavban a Fe , Al , Cr , Co , Ni , Ba passziválódik, és a reakciók nem mennek végbe.

A legerősebb redukálószerek a koncentrált kénsavat kénné és kénhidrogénné redukálják . A tömény kénsav elnyeli a vízgőzt, ezért gázok, folyadékok és szilárd anyagok szárítására használják, például exszikkátorokban . A tömény H 2 SO 4 azonban a hidrogén hatására részben redukálódik, ezért szárítására nem használható. A szerves vegyületekből a víz leválasztása és a fekete szén (szén) távozása a tömény kénsavból fa, cukor és egyéb anyagok elszenesedéséhez vezet [12] .

4. A hígított H 2 SO 4 felszabadulásával kölcsönhatásba lép a hidrogéntől balra lévő elektrokémiai feszültségsorokban található összes fémmel , például [12] :

5. A híg H 2 SO 4 oxidációs tulajdonságai nem jellemzőek. A kénsav két sósorozatot képez: közepes - szulfátok és savas - hidroszulfátok , valamint észterek. A peroxomokénsav (vagy Caro-sav ) H 2 SO 5 és peroxo-kénsav H 2 S 2 O 8 ismert.

6. A kénsav reakcióba lép bázikus oxidokkal, fém-szulfátot és vizet képezve:

7. Fémfeldolgozó üzemekben kénsavas oldattal távolítják el a fémoxid réteget a gyártási folyamat során erős melegítésnek kitett fémtermékek felületéről. Tehát a vas-oxidot fűtött kénsavoldat hatására távolítják el a vaslemez felületéről:

8. A tömény H 2 SO 4 egyes szerves anyagokat más szénvegyületekké alakít át:

9. A kénsavra és oldható sóira adott kvalitatív reakció az oldható báriumsókkal való kölcsönhatása , amelyben fehér bárium-szulfát csapadék képződik , amely vízben és savakban oldhatatlan, például [13] :


Kénsav beszerzése

Ipari (kapcsolati) módszer

Az iparban a kénsavat úgy állítják elő, hogy a kén-dioxidot ( elemi kén , kén-pirit vagy hidrogén-szulfid tartalmú gázok égetése során képződő kénes gáz hidrogénező üzemekből és savas hulladékeltávolító rendszerekből) trioxiddá (kénsavanhidriddé) oxidálják . szilárd vanádium katalizátor négy lépésben (ez a reakció exoterm, ezért az első réteg után közbenső hűtést alkalmaznak csőkötegekkel, amelyeken keresztül levegőt vezetnek be, majd a következő két lépés után - egy nagy átmérőjű gyűrűs cső segítségével, amelyen keresztül a levegő betáplálva van, amely fölött terelő van elhelyezve A levegőt fúvók fújják, a forró levegő egy része a kazánok égőibe kerül, amelyekben hidrogén-szulfid tartalmú gázokat égetnek el), majd lehűlés és SO 3 kölcsönhatás következik be. vízzel. Az ezzel a módszerrel kapott kénsavat "kontaktusnak" is nevezik (koncentráció 92-94%).

Nitrous (torony) módszer

Korábban a kénsavat kizárólag salétromos módszerrel nyerték speciális tornyokban, és a savat "toronynak" nevezték (75%-os koncentráció). Ennek a módszernek a lényege a kén - dioxid nitrogén-dioxiddal történő oxidációja víz jelenlétében. Ily módon történt a reakció London levegőjében a Nagy Szmog idején .

Laboratóriumi módszerek

A laboratóriumban a kénsavat úgy állítják elő, hogy hidrogén-szulfidot , elemi ként és kén-dioxidot klóros vagy brómos vízzel vagy hidrogén-peroxiddal reagáltatnak :



Előállítható úgy is, hogy kén-dioxidot oxigénnel és vízzel + 70°C-on, nyomás alatt réz(II)-szulfát jelenlétében reagáltatnak :

Alkalmazás

A kénsavat használják:

A világ kénsavtermelése mintegy 200 millió tonna évente [14] . A kénsav legnagyobb fogyasztója az ásványi műtrágyák gyártása. A P 2 O 5 foszfát műtrágyáknál 2,2-3,4-szer több kénsavat fogyasztanak el tömeg szerint, az (NH 4 ) 2 SO 4 kénsavnál pedig az elfogyasztott (NH 4 ) 2 SO 4 tömegének 75%-át . Ezért a kénsav üzemeket általában az ásványi műtrágyákat előállító üzemekkel együtt építik.

Mérgező hatás

A kénsav és az óleum  nagyon maró anyagok, amelyek a test minden szövetére hatással vannak. Ezen anyagok gőzeinek belélegzése esetén légzési nehézséget , köhögést , gyakran - gégegyulladást , légcsőgyulladást , hörghurutot stb .

A kénsavgőz legnagyobb megengedett koncentrációja (MAC) a munkaterület levegőjében 1 mg/m 3 , a légköri levegőben 0,3 mg/m 3 (maximum egyszeri) és 0,1 mg/m 3 (napi átlag) . A kénsavgőz károsító koncentrációja 0,008 mg/l (60 perc expozíció ), halálos 0,18 mg/l (60 perc).

A kénsav mérgező anyag. A GOST 12.1.007-76 szerint a kénsav a szervezetre gyakorolt ​​hatások szempontjából mérgező, rendkívül veszélyes anyag [16] , 2. veszélyességi osztály .

Kénsav aeroszol keletkezhet a légkörben a vegyipar és a kohászati ​​ipar kénoxidokat tartalmazó kibocsátása következtében, és savas esőként hullhat ki .

Oroszországban a 45%-os vagy annál nagyobb koncentrációjú kénsav keringése jogilag korlátozott [17] .

További információk

A legkisebb kénsavcseppek a középső és felső légkörben képződhetnek a vízgőz és a nagy mennyiségű ként tartalmazó vulkáni hamu reakciója következtében. A kénsavfelhők magas albedója miatt létrejövő szuszpenzió megnehezíti a napfény eljutását a bolygó felszínére. Ezért (és a felső légkörben található nagyszámú apró vulkáni hamu részecskének köszönhetően, amelyek szintén megnehezítik a napfénynek a bolygóra jutását) a különösen erős vulkánkitörések után jelentős klímaváltozások következhetnek be. Például a Ksudach vulkán ( Kamcsatka-félsziget , 1907) kitörése következtében körülbelül 2 évig fennmaradt a megnövekedett porkoncentráció a légkörben, és még Párizsban is megfigyeltek jellegzetes ezüst kénsavfelhőket [18] . A Pinatubo vulkán 1991-es robbanása, amely 3⋅10 7 tonna ként juttatott a légkörbe, oda vezetett, hogy 1992 és 1993 sokkal hidegebb volt, mint 1991 és 1994 [19] .

Szabványok

Jegyzetek

  1. Műszaki kénsav GOST 2184-77
  2. Chemical Technology Encyclopedia  (angol) / R. E. Kirk , D. Othmer
  3. http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0577.html
  4. név= https ://docs.cntd.ru_Kénsav
  5. Ushakova N. N., Figurnovsky N. A. Vaszilij Mihajlovics Severgin: (1765-1826) / Szerk. I. I. Shafranovskij. M.: Nauka, 1981. C. 59.
  6. Lásd még: Kőolaj
  7. Epstein, 1979 , p. 40.
  8. Epstein, 1979 , p. 41.
  9. ↑ Sűrűség- koncentráció kalkulátor  . Letöltve: 2021. december 21. Az eredetiből archiválva : 2021. december 21.
  10. ↑ 1 2 kénsav hidrogén-jodid -> jód H2S víz - Wolfram|  Alpha . www.wolframalpha.com . Hozzáférés időpontja: 2022. május 19.
  11. ↑ 1 2 3 kénsav hidrogén-bromid -> bróm kén-dioxid víz - Wolfram|  Alpha . www.wolframalpha.com . Hozzáférés időpontja: 2022. május 19.
  12. 1 2 3 Khodakov Yu.V., Epshtein D.A., Gloriozov P.A. 91. § A kénsav kémiai tulajdonságai // Szervetlen kémia: Tankönyv a gimnázium 7-8 évfolyama számára. - 18. kiadás - M . : Oktatás , 1987. - S. 209-211. — 240 s. — 1.630.000 példány.
  13. Khodakov Yu.V., Epshtein D.A., Gloriozov P.A. 92. § Kénsavra és sóira adott minőségi reakció // Szervetlen kémia: Tankönyv a gimnázium 7-8. - 18. kiadás - M . : Oktatás , 1987. - S. 212. - 240 p. — 1.630.000 példány.
  14. Kénsav  (angol) // "The Essential Chemical Industry - online"
  15. KÉNSAV | CAMEO Chemicals | NOAA . cameochemicals.noaa.gov. Letöltve: 2020. május 22.
  16. name= https://docs.cntd.ru_GOST  (elérhetetlen link) 12.1.007-76. SSBT. Káros anyagok. Osztályozás és általános követelmények
  17. Az Orosz Föderáció kormányának 2010. június 3-i 398. számú rendelete (hozzáférhetetlen hivatkozás) . Letöltve: 2016. május 30. Az eredetiből archiválva : 2016. június 30. 
  18. lásd a "Vulkánok és éghajlat" cikket Archiválva : 2007. szeptember 28. a Wayback Machine -nél  (orosz)
  19. Orosz szigetvilág – Az emberiség okolható a globális klímaváltozásért? Archiválva : 2007. december 1. a Wayback Machine -nél  (orosz)

Irodalom

Linkek