古来、ビトリオールの油として知られていた硫酸は、水素元素で構成されています。 、酸素、および硫黄。これは、H2SO4 の分子式を持つ鉱酸です。
無臭で無色です。また、水にも溶けます。純粋な硫酸は吸湿性があり、空気に触れると水蒸気を容易に吸収します。これが、硫酸が地球上に自然に存在しない理由です。
硫酸は世界的に非常に重要な工業用化学物質です。国の工業力は、多くの場合、国内の硫酸の生産量によって測定されます。
硫酸の性質
H2SO4 は刺激臭のある粘性液体です。無色か、わずかに黄色がかっています。
物理的特性:
密度は 1.84 g/mL です
沸点は 337 °C または 611 K で、融点は 10 °C です。沸点が高いのは、強い水素結合によるものです.
約 98% または濃硫酸が酸の最も安定した形です
化学的性質:
硫酸は強力な二塩基酸です。
吸湿性があり、空気中の湿気を容易に吸収します。
強力な酸化剤および脱水剤です。これにより、多くの材料に対して非常に腐食性が高くなります.
濃硫酸 (99.8%) に水を加えると、発熱反応であるため非常に大量の熱が発生します。これはしばしば爆発につながる可能性があります。
硫酸はどのように製造されますか?
自然界では、硫酸は岩石中の硫化物鉱物の酸化によって形成されます。燃料の燃焼により大気中に放出された二酸化硫黄は、湿気にさらされると酸化し、「酸性雨」としても知られる希硫酸を形成します。
硫酸は接触法によって商業的に製造されています。製造中の硫酸収率を最大化するために、このプロセスではいくつかの条件を制御できます。連絡プロセスには次の手順が含まれます:
<オール>二酸化硫黄の生産
これは、豊富な空気中で黄鉄鉱などの硫黄または硫化鉱を燃焼させることによって行われます。
S (硫黄) + O2 (酸素) + Δ (加熱) → SO2 (二酸化硫黄)
4FeS (黄鉄鉱) + 7O2 (酸素) + Δ (加熱) → 2Fe2O3 (酸化第二鉄) + 4SO2 (二酸化硫黄)
三酸化硫黄の準備
二酸化硫黄は、触媒としての五酸化バナジウム (V2O5) の存在下で、酸素 (大気中に存在する) によって三酸化硫黄に酸化されます。
2SO2 (二酸化硫黄) + O2 (酸素) + [V2O5 (触媒)] → SO3 (三酸化硫黄)
三酸化硫黄を硫酸に変換
三酸化硫黄は濃硫酸 (98%) に吸収され、発煙硫酸またはピロ硫酸を生成します。次に、この発煙硫酸を水と混合して、必要な濃度の硫酸を取得します。
SO3 (三酸化硫黄) + H2SO4 (硫酸-98%) → H2S2O7 (ピロ硫酸 – 発煙硫酸)
H2S2O7 (ピロ硫酸 – オレウム) + H2O (希釈) → 2H2SO4 (硫酸)
硫酸の収量を増やす方法
化学反応が起こるとき、形成される生成物の量は収率と呼ばれます。したがって、硫酸収率は、接触プロセスで起こる反応によって製造された酸の量です。
接触法で硫酸を製造する場合、最も重要なステップは SO2 を触媒酸化して触媒五酸化バナジウム V2O5 の存在下での SO3。
2SO2 (二酸化硫黄) + O2 (酸素) + [V2O5 (触媒)] → SO3 (三酸化硫黄)
この反応、SO3 の生成は発熱反応です。これは本質的に可逆的であり、反応物質 3 分子ごとに 2 分子の SO3 が生成されるため、正反応によって体積が減少します。
Le Chatelier の原理は、三酸化硫黄の生産を最大化するために必要な条件、つまり硫酸の収率を理解するのに役立ちます。これらは以下の通りです:
<オール>集中力
高濃度の反応物が正反応を助けます。
-
温度
正反応は発熱性であるため、低温は酸化プロセスの促進に役立ちます。ただし、収量を最大化するには、約 720K の最適温度を維持する必要があります。
-
プレッシャー
一般に、気体生成物の体積は反応物の体積よりも少ないため、高圧は酸化を促進します。ただし、過度の圧力は、酸化が起こっている容器の腐食につながる可能性があります。したがって、三酸化硫黄の生成を最大化するには、2 ～ 3 バール (または大気圧) の圧力が最適です。
-
カタリスト
触媒が化学反応の速度を上げることはわかっています。以前は、このプロセスで触媒として白金化されたアスベストが使用されていました。しかし、コストがかかるだけでなく、反応ガス中に存在する不純物にさらされると効果が失われました。そのため、これらの制限を克服する五酸化バナジウム (V2O5) を使用しています。
-
ガスの純度
ガスは、酸化プロセスを受ける前に、粉塵や酸化ヒ素などの有毒ガスなどの不純物を除去する必要があります。
硫酸の使用
硫酸はさまざまな用途に使用されています。このため、ケミカルの王様とも呼ばれています。
いくつかの濃度で、硫酸は肥料、薬品、顔料、さらには爆薬 (TNT など) の製造にも使用されます。たとえば、鉛バッテリーの酸の濃度は 29 ～ 32%、チャンバーの酸の濃度は 62 ～ 70%、タワーの酸の濃度は 78 ～ 80% です。
硫酸の一般的な用途:
石油精製に使用
過リン酸塩や硫酸アンモニウムなどの肥料の準備
染料、色合い、塗料
他の多くの酸 (硝酸、塩酸、リン酸など) や化学物質 (炭酸ナトリウムなど) の形成に使用されます。
酸洗剤として
実験室における酸化剤および脱水剤
いくつかの冶金プロセスで使用されます
結論
この記事では、硫酸とその特性、たとえば強力な二塩基酸、吸湿性、強力な酸化剤および脱水剤などについて学びました。硫酸を商業的に製造するために使用される接触プロセスを研究しました。接触プロセスは、高濃度の反応物、低温、高圧などです。V2O5 などの触媒の存在は、反応を加速するため、硫酸の収率を最大化するのにも役立ちます。硫酸は染料、シェードに使用され、酸化剤および脱水剤として機能します.
