اسید سولفوریک

سولفوریک اسید

    سولفوریک اسید که در گذشته با نام جوهر گوگرد (OIL OF VITRIO) خوانده می‌شد، اسید معدنی بسیار قوی است که با هر درصدی در آب حل می‌شود و فرمول شیمیایی آن H2SO4 است. پی اچ(pH) این اسید 0/5 (۵ دهم) میباشد.

    اسید سولفوریک (Sulfuric acid) حلالیت بسیار بالایی در آب دارد.اما واکنش اسید سولفوریک با آب بسیار گرمازا است و اضافه کردن آب به اسید سولفوریک غلیظ بسیار خطرناک است. به همین دلیل از این کار به طور مستقیم حتی به منظور رقیق کردن این اسید نیز خودداری کرد. بنابراین آن را با آرامی و کندی به آب اضافه می‌کنند. این موضوع بدلیل پایین بودن چگالی آب نسبت به اسید سولفوریک می‌باشد که آب میل دارد در بالای اسید سولفوریک قرار گیرد. میل اسید سولفوریک به ترکیب با آب بقدری زیاد است که می‌تواند مولکول‌های هیدروژن و اکسیژن را از بقیه ترکیبات بصورت آب بیرون بکشد. به عنوان مثال مخلوط کردن شکر و اسید سولفوریک ، عنصر کربن و آب ایجاد می‌کند.

     اسید سولفوریک قسمت عمده باران اسیدی می‌باشد که از آلاینده‌های جوی مثل حاصل از کارخانه‌ها با آب باران بوجود می‌آید.

 

تاریخچه اسید سولفوریک

       اسید سولفوریک در قرن نهم توسط شیمیدان ایرانی به نام زکریای رازی کشف شد. البته بعضی کشف این اسید را به جابربن حیان و قرن 8 ربط می دهند که اطلاعات دقیقی برای اثبات هیچ کدام موجود نمی باشد

 

      زکریا اسید سولفوریک را اولین بار از طریق تقطیر خشک کانی‌هایی که شامل سولفات آهن بودند که زاج سبز نامیده می‌شود و سولفات مس که کات کبود نامیده می‌شد بدست آورد. حرارت هر یک از این ترکیبات باعث تجزیه آنها و ایجاد اکسید آهن II یا اکسید مس II ، آب و سولفات می‌گردد. ترکیب آب و سولفات حاصل شده ، محلول رقیق اسید سولفوریک ایجاد می‌کند.

این روش با ترجمه متون علمی و کتاب‌های دانشمندان مسلمان بزرگ ایرانی توسط شیمیدان‌های اروپایی در قرون وسطی مانند آلبرت ماگنوس در اروپا شناخته شد و به این دلیل اسید سولفوریک را شیمیدان‌های قرون وسطی به نام جوهر گوگرد یا همان OIL OF VITRIO می شناختند.

 

      در قرن هفدهم ، جان گلوبر ، اسید سولفوریک را از سوزاندن سولفورو نیترات پتاسیم در مجاورت بخار آب تهیه کرد. در سال 1746 ، جان روبک اسید سولفوریک را با غلظت 40-35% در ظروف سربی تولید می‌کرد. جوزف گیلوساک در اوایل قرن نوزدهم با اصلاح روش روبک ،برای اولین بار توانست اسید سولفوریکی با غلظت 78% بدست آورد. با این همه صنایع رنگرزی و سایر صنایع شیمیایی وابسته به اسیدها خواهان اسید سولفوریک با غلظت بالاتر بودند. در اواسط قرن 18 این امر با روش تقطیر خشک کانی‌ها ، شبیه همان روش اولیه رازی ممکن شد. در این روش سولفید آهن در اثر حرارت در هوا تولید سولفات آهن II می‌کند و فراورده حاصل با حرارت اضافی اکسید شده و تولید سولفات آهن III می‌کند که آن هم در اثر حرارت در 480 درجه سلسیوس تجزیه شده و اکسید آهن وسولفات ایجاد می‌کند. عبور دادن به آهستگی از میان آب ، اسید سولفوریک با غلظت بالاتری ایجاد می‌کند.

 

 

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

S(s) + O2(g) → SO2(g) (1

در مرحله بعد گوگرد دی اکسید در مجاورت یک کاتالیزگر و در واکنش با اکسیژن اضافی به SO3 اکسیده می شود:

SO2(g) + O2(g) → SO3(g) (2

واکنش بالا در دمای معمولی بسیار کند است. لذا در روش صنعتی، از دماهای بالا تر (C۴۰۰ تاC۷۰۰) و از یک کاتالیزور (مانند وانادیم پنتوکسید V2O5 یا اسفنج پلاتین) استفاده می شود. از واکنش گوگرد تری اکسید با آب، محلول سولفوریک اسید تشکیل می‌شود:

SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(aq) (3

با تکرار مراحل بالا و دمیدن گوگرد تری‌اکسید درون محلول سولفوریک اسید، پیروسولفوریک اسید (H2S2O7) تشکیل می شود:

H2SO4(l) + SO3(g) → H2S2O7(l) (4

سپس با افزودن آب به پیروسولفوریک اسید، محلول سولفوریک اسید را تهیه می کنند:

H2S2O7(l) + H2O(l) → 2H2SO4(l) (5

      کنترل این روش که در آن، پیروسولفوریک اسید تشکیل می شود، آسان تر از واکنش مستقیم گوگرد تری اکسید با آب است. بنابراین از این واکنش برای تولید سولفوریک اسید با درصد معین و غلظت دلخواه استفاده می‌کنند.

 

دیگر روش‌ها
سولفوریک اسید را می توان در آزمایشگاه از واکنش گاز گوگرد دی اکسید با هیدروژن پراکسید (آب اکسیژنه) به دست آورد.

SO4 (g) ۲O2 (l) → H۲(g) + H SO2

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

 

کاربرد اسید سولفوریک
اسید سولفوریک یکی از مواد شیمیایی پراستفاده می‌باشد. این ماده در واکنش‌های شیمیایی و فرآیندهای تولید سایر ترکیبات شیمیایی ، کابرد های بسیار زیادی دارد. از مهم ترین استفاده های آن در تولید کودهای شیمیایی، تصفیه مواد نفتی، صنایع شیمیایی (ضد یخ، حشره كشها، داروئی، احیای آلومینیوم) صنعت آهن و فولاد، پاك كننده‌های مصنوعی، اسیدی كردن چاه‌های نفت، جداسازی مس با عیار كم، استخراج اورانیوم و چسب مصنوعی) مواد رنگی (نایلون رنگی، جوهر تحریر و تهیه ‏‏‏TiO2 از ایلمنیت) ابریشم مصنوعی و فیلم (پارچه‌های ابریشمی، نخ اطراف تایر و فیلم‌های عكاسی) صنایع كاغذ سازی (دستمال كاغذی، روزنامه، جعبه‌های مقوایی، كاغذ تحریر و سایر مقواها) مواد منفجره و … می‌توان نام برد.

اسید سولفوریک در واکنش با اسید نیتریک ، یون نیترونیوم را تولید می‌کند که در فرآیند نیترو‌دار کردن بسیاری از ترکیبات دیگر استفاده می‌شود. فرآیند نیترودار کردن در صنایع تولید مواد منفجره مانند تولید تری‌نیتروتولوئن یا همان TNT ، نیترو گلیسیرین و … استفاده می‌شود. اسید سولفوریک در انباره‌های سربی (باطری‌های سربی) مانند باتری ماشین به عنوان محلول الکترولیت استفاده می‌شود. اسید سولفوریک ، یک عامل آبگیری بسیار قوی نیز است. در اکثر واکنش‌ها به عنوان عامل هیدراتاسیون استفاده می‌شود و در تولید میوه‌های خشک هم به میزان کم ، از اسید سولفوریک برای جذب آب موجود استفاده می‌کنند.

 

نکات ایمنی
عوارض جانبی زیر(عوارض کوتاه مدت) بلافاصله و یا بعد از مدت اندکی تماس با اسید سولفوریک ممکن است بر روی سلامتی فرد نمایان شود.
تماس با این ماده می تواند باعث التحاب شدید و سوختگی پوست و چشمها گردد که آسیب چشمها ممکن است به ضایعات چشمی و حتی نابینایی دائمی منجر گردد.
استنشاق اسید سولفوریک می تواند از طریق تحریک سیستم تنفسی باعث بروز سرفه و یا تنگی نفس گردد.
در سطوح بالاتر در معرض بودن با این ماده می تواند باعث آب آوردن ریه ها شود
پس از مواجهه با اسید سولفوریک ممکن است عوارض مزمن (طولانی مدت) زیر بر روی فرد ایجاد شود و این عوارض حتی ممکن است برای ماهها و یا سالها پایدار باقی بماند:
خطر سرطانزایی!
مواجه شغلی با آن دسته از مواد اسیدی غیرآلی که حاوی اسید سولفوریک می باشند برای انسان سرطان زا محسوب می شود.
بسیاری از دانشمندان بر این باورند که هیچ مقدار خاصی را به عنوان حد مجاز و بی خطر از مواجهه با یک ماده سرطان زا نمی توان تعریف کرد.
بنا براین مقدار خاصی برای برخورد و مواجهه دائمی به عنوان استاندارد مشخص نشده است
اسید سولفوریک می تواند تحریک ریه ها شود. تماس مکرر با این ماده ممکن است منجر به بروز برونشیت شود که برای فرد مبتلا سرفه، خلط و یا تنگی نفس به همراه دارد.
تماس مداوم با اسید سولفوریک می تواند باعث آسیب پایدار و برگشت ناپذیر ریه ها، آسیب به دندانها و تحریک معده گردد
اسید سولفوریک ، اسید بسیار قوی و خورنده می‌باشد. نوشیدن آن باعث آسیب‌های شدید دائمی در دهان و سایر بافت‌های مورد تماس می‌شود. تنفس آن بسیار خطرناک بوده و باعث آسیب‌های جدی می‌شود. در صورت تماس با پوست و چشم باعث سوزش و ایجاد زخم می‌شود. در صورت تماس پوست و چشم با آن ، باید با آب فراوان شستشو داده و سپس از محلول بی‌کربنات سدیم یک درصد برای شستشو موضع مورد تماس استفاده گردد.