اسید سولفوریک

اسید سولفوریک

سولفوریک اسید

sulfuric acid

    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

 

1

      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.

 

2

      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.

 

3

 

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.

سدیم سولفات

سدیم سولفات

سدیم سولفات

55

سدیم سولفات نمک سدیم سولفوریک اسید است. در صورتی که بی‌آب باشد کریستالی سفید با فرمول Na2SO4 تشکیل می‌دهد که آن را تناردیت نیز می‌نامند; و هنگام آب‌پوشی به فرمول Na2SO4·10H2O (دکاهیدرات) تبدیل می‌شود که به آن نمک گلوبر نیز می‌گویند. جامد دیگری از آن هپتاهیدرات(Na2SO4·7H2O) است. با تولید سالانه ۶ میلیون تن از پرمصرف‌ترین مواد شیمیایی است.
این ماده در تولید مواد شوینده و تهیه خمیر کاغذ کاربرد دارد. معمولا در طبیعت به شکل دکاهیدارت یافت می‌شود.

 
مشخصات فیزیکی و مینرالوژیکی:
منابع سولفات سديم داراي گسترش فراواني بوده و يکي از عمومي ترين مواد بسياري از آب هاي معدني همانند آب دريا مي باشد، همچنين سولفات در ريزش هاي جوي وجود داشته و يکي از اصلي ترين محلولهاي موجود در برف و باران مي باشد.
بسياري از درياچه هاي شور در سرتاسر دنيا مقادير مختلفي سولفات سديم دارند، زيرا سديم معمولاً جزو کاتيون هاي غالب است، برخي از متخصصين فرق آنيوني براي اينگونه درياچه ها قائل مي شوند، بدين معني که درياچه هائي که داراي سولفات سديم غالب هستند به عنوان درياچه هاي تلخ و آنهائي را که کربنات غالب دارند به عنوان درياچه هاي آلکالي يا سودا مي نامند.
سولفات سديم در شکل طبيعي اش اگر به صورت نمک آبدار يافت شود به آن- ميرابيليت (Mirabilite) يا نمک گلوبر مي گويند و نوع آب آن به نام تنارديت(Thenardite) مشهور است. سولفات سديم آبدار يا ميرابيليت در طبيعت بيشتر يافت مي شود.
سولفات سديم در درجات مختلف خلوص وجود دارد که به طور تئوريک از – کريستال هاي خالص ميرابيليت هاي شکفته شده تا ترکيب و مخلوطي از ديگر نمک ها و ناخالصي ها يافت مي شود، سولفات سديم يکي از عناصر عمومي بعضي از آب هاي شور مي باشد که از اينگونه منابع مقدار زيادي سولفات به صورت تجارتي استخراج مي شود.
خواص فیزیکی و شیمیایی:
سولفات سدیم از نظر شیمیایی بسیار پایدار است. در درجه حرارت بالا می توان آن را با کاهش سدیم کرد کربو ترمال آن را تبدیل به سولفید کرد.

 

کاربردهای سولفات سدیم در گذشته، حال و آینده:
sodium-sulfate سولفات سدیم ترکیب شیمیایی است که به عنوان ماده معدنی در طبیعت یافت می شود یا از فرآیندهای صنعتی معینی به عنوان یک محصول جانبی به دست می آید. کاربردهای تجاری فراوانی دارد و در رده مواد شیمیایی غیرسمی در شرایط عادی قرار می گیرد. یک بطری یا یک بسته صابون یا مواد شوینده پودری بعضی از فرم های سولفات سدیم است و در بعضی صنایع دیگر مانند کاغذ و پارچه نیز به کار می رود.
کاربرد سولفات سدیم در صابون و مواد شوینده
بخش زیادی از مصرف سولفات سدیم در مواد شوینده در طی 30 سال گذشته به عنوان یک ماده پرکننده (فیلر) بوده است گرچه در این بخش این نیاز به آرامی کاهش دارد می یابد که به دلیل فسفاتی است که به طور سنتی به عنوان پرکننده در مواد شوینده پودری استفاده شده و پی برده اند که می تواند برای محیط زیست مضر باشد. به هر حال، کاربرد سولفات سدیم نیز دارد کاهش می یابد چون نیاز به این مواد پرکننده دارد کاهش می یابد که ناشی از رویکردی است که در زمینه استفاده از مواد شوینده مایع غلیط است به جای اینکه از فرمول های پودری که حجیم تر هم هستند استفاده شود. البته هنوز در پودرهای فرش شویی و ضدیخ ها در پنجره کاربرد دارد.

 

پارچه
تقریبا صدهزار تن سولفات سدیم سالیانه درژاپن و آمریکا برای رنگرزی پارچه ها استفاده می شوند. ترکیبی ایده آل برای این هدف است چون باعث زنگ زدن لوله های فولادی ضدزنگ همچون کلرید سدیم نمی شود. سولفات سدیم به عنوان یک عامل هم سطح کننده است که باعث کاهش بارهای منفی روی پارچه ها می شوند که به رنگ اجازه می دهند که به طور هم سطح نفوذ کند. سولفات سدیم محصول جانبی تولید ریون است و هنگامی که نیاز به ریون ژاپنی کاهش یافت ایالات متحده توانست تا نیاز به این ترکیب را که ژاپن قبل تر تولید می کرد در دست بگیرد.
پالپ چوب
کاربرد چشمگیر دیگر سولفات سدیم در فرآیند کرافت است که به عنوان فرآیند سولفات هم شناخته شده است که برای تولید پالپ چوب است که به طور گسترده ای برای ساختن کاغذ و مواد ساختمانی کاربرد دارد. گرچه در فرآیندهای دیگری نیز کاربرد دارد ولی فرآیند کرافت روشی غالب برای پالپ چوب از دهه 1940 بوده است. این فناوری مستلزم اشباع کردن تراشه های چوب با سولفات سدیم است. چوب گرم می شود که باعث احیای سولفات سدیم به سولفید سدیم می شود. پیوند در سلولز چوب شکسته می شود و آن را نرم و قابل انعطاف می سازد و می تواند از قالب دربیابد.
شیشه
سولفات سدیم در صنعت شیشه هم کاربرد دارد. شیشه سازان اروپایی میزان زیادی از سولفات سدیم را در سال به کار می برند که این میزان به تقریبا صد و ده هزار تن در هر سال می رسد. آمریکا از حدود سی هزار تن در ساخت شیشه استفاده می کنند. سولفات سدیم از ایجاد سفیدی توسط شیشه ذوب شده در طی پالایش و همچنین جریان شیشه جلوگیری می کند. این ترکیب همچنین به عنوان عامل استخراجی در شیشه ذوب شده عمل می کند و باعث حذف حباب های کوچک هوا و نقایص در طی فرآیندهای دمیدن و قالب سازی می شوند.
انبار خشک کردن و گرمایی
در آزمایشگاه، سولفات سدیم اغلب به عنوان ماده خشک کننده خنثی برای مواد آلی است و باعث حذف آب از ترکیبات به طور چشمگیر در دماهای پایین 30 درجه سانتی گراد می شوند. کاربرد مهم دیگر سولفات سدیم در انبار گرمایی است. از آن به عنوان انبار گرمای خورشیدی از دهه 1950 به کار می رفته است چون ظرفیت ذخیره گرمایی بالایی دارد و از حالت جامد به مایع تا دمای 32 درجه سانتی گراد تغییر نمی کند. سولفات سدیم برای ذخیره کردن گرما در کاشی های حرارتی به کار می رود و در سلول های پوشیده شده توسط آب گرم شده با نور خورشید قرار داده می شود و همچنین به عنوان خنک کننده بعضی کامپیوترها و همچنین عایق ها به کار می رود.
امروزه سولفات سدیم هنوز به طور گسترده ای استفاده می شود و احتمالا این امر ادامه دار هم خواهد بود. حتی در بعضی فرآیندهای تولیدی این ترکیب در فازهایی به کار می رود و البته برای اهداف دیگری نیز ممکن است پی ببرند که از این ترکیب می تواند استفاده شود. خواص منحصربفرد انبار گرمایی سولفات سدیم را گزینه ای مناسب برای استفاده در بسیاری از فرآیندها و محصولات در آینده می کند.
• سولفات سدیم، یک ماده بسیار ارزان است. بزرگترین استفاده از آن به عنوان پر کننده در پاک کننده پودر رختشویی است.

• اخیرا یکی دیگر ازموارد عمده استفاده سولفات سدیم، به ویژه در ایالات متحده و کانادا، در فرآیند کرافت برای تولید خمیر چوب است.

• یکی دیگر از برنامه های قابل توجهی برای سولفات سدیم، که به عنوان دومین کاربرد مهم سولفات سدیم در اروپا استفاده میشود در صنعت شیشه سازی است.سولفات سدیم برای حذف حبا ب های کوچک از شیشه کمک می کند.

• سولفات سدیم در تولید منسوجات به ویژه در ژاپن کاربرد مهمی دارد.سولفات سدیم باعث کاهش بار منفی در الیاف می شود و باعث می شود رنگ به طور مساوی دربر روی الیاف نفوذ کند.

 

ایمنی
اگرچه سدیم سولفات به عنوان یک ماده غیرسمی شناخته می‌شود, اما باید با دقت استفاده شود. غبار آن می‌تواند به آسم موقت یا صدمات چشمی منجر شود اما به راحتی با محافظ چشم یا ماسک می‌توان از آن جلوگیری کرد. حمل و نقل آن محدود نشده‌است و در فهرست ایمنی و حفاظتی قرار ندارد.

اسید کلریدریک

اسید کلریدریک

کلریدریک اسید

4
اسید کلریدریک (جوهر نمک) یکی از فرآورده های صنایع شیمیایی است. اسید کلریدریک ترکیبی از کلرید هیدروژن در آب است.این ماده به شدت خورنده است . اسید کلرید ریک به عنوان محصول جانبی تولید تولوئن دی ایزوسیانات (TDI) مورد استفاده قرار میگیرد.اسید کلریدریک جزو مواد معدنی و متعلق به گروه اسید ها می باشد.

هیدروکلریک اسید(Hydrochloric acid) در دمای معمولی اتاق مایع بی رنگ، متمایل به زرد روشن، خورنده، غیر قابل اشتعال ، سنگین تر از هوا و دارای بوی تحریک کننده قوی می باشد.

کلرید هیدروژن در مجاورت هوا به بخارات خورنده متراکم سفید تبدیل می شود.

کلرید هیدروژن در اثر سوختن خیلی از مواد پلاستیکی بوجود می آید. در مجاورت آب تبدیل به اسید کلریدریک می شود. کلرید هیدروژن و اسید کلریدریک هر دو خورنده هستند.

کلرید هیدروژن موجب تحریک ، سوزش و خورندگی بافتهای در معرض تماس می شود.

تماس مختصر با مقادیر کم کلرید هیدروژن موجب تحریک و سوزش گلو می شود.

تماس با مقادیر بالای کلرید هیدروژن باعث تند شدن تنفس ، تنگی برونش ، آبی رنگ شدن پوست، تجمع مایعات در ریه ها و حتی مرگ شود.

مواجهه با مقادیر خیلی بیشتر باعث ورم و گرفتگی گلو و خفگی می شود.

بعضی افراد ممکن است واکنش التهابی در مقابل کلرید هیدروژن از خود نشان دهند.

این علائم به نام سندرم التهابی راههای هوایی نامیده می شود(RADS)، که یک نوع تنگی نفس به دلیل مواد محرک یا خورنده است.

متناسب با غلظت، کلرید هیدروژن می تواند موجب تحریک و سوزش جزئی تا سوختگی شدید چشمها و پوست شود. تماس دراز مدت یا مقادیر کم آن موجب ناراحتی های دستگاه تنفسی، تحریک و سوزش چشم و پوست و لکه شدن دندانها می گردد.

خوردن اسید کلریدریک باعث آسیب و خورندگی لب، دهان، گلوو معده می شود.

 

کاربرد اسید کلریدریک
اسید کلریدریک از مواد شیمیایی پایه ای است و به همین دلیل هم موارد استفاده بسیار وسیعی دارد. برخی از این کاربردها از این قرار است: قطعه شویی فولاد، ساخت ترکیبات آلی، تولید ترکیبات غیر آلی، کنترل pH و خنثی سازی، احياء تبادلگرهای يونی، پرداخت چرم، تمیزکننده های خانگی و صنعت ساختمان.

در مصارف اسیدی کردن از جمله اسیدی کردن چاههای نفتی ، برداشتن رسوب بویلرها کاهش سنگ معدن ها ، تمیز کاری فلزات بکار می رود.بصورت محلول در آب (حدود 10% وزنی) در تهیه جوهر نمک (پتک کننده و از بین برنده جرم سرامیک و…) استفاده می شود.

 

ایمنی
موقع باز کردن شیشه ‌های بعضی اسید های غلیظ مانند اسید کلرید ریک بخاراتی متصاعد می شود که تنفس آن خطرناک است و به دستگاه تنفسی آسیب می رساند و اگر قطره‌ای از یک اسید قوی بر روی پوست بدن بچکد تولید تاول و حتی جراحات عمیق می‌نماید ودر چنین مواردی باید بلافاصله با محلول قلیایی رقیق مانند محلول سودا یا جوش شیرین اثر اسید را خنثی کرد.