СЕ́РНАЯ КИСЛОТА́

СЕ́РНАЯ КИСЛОТА́, тет­ра­ок­со­суль­фат(VI) во­до­ро­да, H₂SO₄; силь­ная двух­ос­нов­ная не­ор­га­нич. ки­сло­та; мно­го­тон­наж­ный про­дукт хи­мич. пром-сти.

Свойства

Без­вод­ная С. к. – бес­цвет­ная, очень вяз­кая и гиг­ро­ско­пич­ная жид­кость без за­па­ха, t_пл 10,4 °С; плот­ность 1831 кг/м³ (20 °С); при на­гре­ва­нии час­тич­но раз­ла­га­ет­ся с вы­де­ле­ни­ем се­ры три­ок­си­да SO₃; пе­ре­го­ня­ет­ся в ви­де азео­троп­ной сме­си – мас­со­вая до­ля H₂SO₄ 98,3%, t_кип 338,8 °C; при бо­лее вы­со­ких темп-рах пол­но­стью раз­ла­га­ет­ся. Не­ог­ра­ни­чен­но сме­ши­ва­ет­ся с во­дой и SO₃; в вод­ных рас­тво­рах прак­ти­че­ски пол­но­стью дис­со­ции­ру­ет на Н₃О⁺, и ; да­ёт два ря­да со­лей – суль­фа­ты и гид­ро­суль­фа­ты; об­ра­зу­ет гид­ра­ты H₂SO₄·nH₂O (n= 1, 2, 3, 4), твёр­дые гид­ра­ты H₂SO₄·H₂O и H₂SO₄·2H₂O име­ют ион­ное строе­ние: (Н₃О⁺)(HSO₄-) и (Н₃О⁺)₂() со­от­вет­ст­вен­но. Без­вод­ная H₂SO₄ – не­вод­ный рас­тво­ри­тель суль­фа­тов ме­тал­лов. Тех­нич. смесь кон­цен­трир. H₂SO₄, SO₃ и ди­сер­ной ки­сло­ты H₂S₂O₇ (про­дукт взаи­мо­дей­ст­вия H₂SO₄ и SO₃) – т. н. оле­ум.

С. к. вы­тес­ня­ет др. ки­сло­ты из их со­лей, ней­тра­ли­зу­ет­ся ще­ло­ча­ми. Кон­цен­трир. H₂SO₄ – силь­ный окис­ли­тель (вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся до се­ры ди­ок­си­да SO₂, S и се­ро­во­до­ро­да H₂S); при на­гре­ва­нии окис­ля­ет поч­ти все ме­тал­лы (кро­ме Au и пла­ти­но­вых ме­тал­лов), не­ме­тал­лы, HBr, HI и др.; на хо­ло­ду в кон­цен­трир. H₂SO₄ не­ко­то­рые ме­тал­лы (напр., Co, Fe) пас­си­ви­ру­ют­ся. Раз­бав­лен­ная H₂SO₄ реа­ги­ру­ет с ме­тал­ла­ми, рас­по­ло­жен­ны­ми в элек­тро­хи­мич. ря­ду на­пря­же­ний ле­вее во­до­ро­да, с вы­де­ле­ни­ем Н₂. Из­вест­ны пе­рок­со­про­из­вод­ные: H₂SO₅ (пе­рок­со­мо­но­сер­ная, ки­сло­та Ка­ро) и H₂S₂O₈ (пе­рок­со­ди­сер­ная ки­сло­та).

Получение

По­лу­че­ние «ку­по­рос­но­го мас­ла» (кон­цен­трир. С. к.) про­ка­ли­ва­ни­ем же­лез­но­го или мед­но­го ку­по­ро­са опи­са­но в тру­дах ал­хи­ми­ков. Ста­рей­ший пром. спо­соб по­лу­че­ния С. к. (пред­ло­жен в 1690 Н. Ле­ме­ри и Н. Ле­фев­ром, Фран­ция; реа­ли­зо­ван в 1736 Дж. Уор­дом, Анг­лия) вклю­чал сжи­га­ние сме­си се­ры и се­лит­ры и по­гло­ще­ние про­дук­та во­дой в стек­лян­ном бал­ло­не. В 1746 англ. тех­но­лог Дж. Ро­бек пред­ло­жил за­ме­нить стек­лян­ные бал­ло­ны ка­ме­ра­ми из лис­то­во­го свин­ца (ка­мер­ный спо­соб про­из-ва). Нит­ро­зный спо­соб раз­ра­бо­тан в 1860 англ. хи­ми­ком Дж. Гло­ве­ром. Прин­цип кон­такт­но­го спо­со­ба про­из-ва С. к. от­крыт в 1831 англ. хи­ми­ком П. Фи­лип­сом и по­лу­чил рас­про­стра­не­ние в нач. 20 в.

Осн. ста­дии совр. про­из-ва С. к.: об­жиг сы­рья с по­лу­че­ни­ем SO₂; окис­ле­ние SO₂ до SO₃; аб­сорб­ция SO₃. В пром-сти при­ме­ня­ют два ме­то­да по­лу­че­ния H₂SO₄, от­ли­чаю­щие­ся спо­со­бом окис­ле­ния SO₂, – кон­такт­ный, с ис­поль­зо­ва­ни­ем твёр­дых ка­та­ли­за­то­ров V₂О₅ (до 80% ми­ро­во­го про­из-ва), и нит­ро­зный (ба­шен­ный, ус­тар. – ка­мер­ный) – с ок­сида­ми азо­та. Сырь­ём для по­лу­че­ния H₂SO₄ слу­жат в осн. се­ра (ок. 65% все­го SO₂) и суль­фид­ные ру­ды, гл. обр. пи­рит (ок. 35%).

Тех­но­ло­гия про­из-ва С. к. кон­такт­ным спо­со­бом из се­ры вклю­ча­ет сжи­га­ние рас­пы­ляе­мо­го фор­сун­ка­ми рас­пла­ва S в то­ке по­дог­ре­то­го, очи­щен­но­го от пы­ли и осу­шен­но­го воз­ду­ха с по­лу­че­ни­ем сме­си га­зов, со­дер­жа­щей 10–14% SO₂, ко­то­рую ох­ла­ж­да­ют и раз­бав­ля­ют воз­ду­хом до со­дер­жа­ния SO₂ 9–10%; тех­но­ло­гия про­из-ва С. к. из пи­ри­та вклю­ча­ет об­жиг FeS₂ в пе­чи ки­пя­ще­го слоя на возд. ду­тье (4FeS₂+11О₂= 2Fe₂O₃+ 8SO₂), ох­ла­ж­де­ние и очи­ст­ку об­жи­го­во­го га­за (со­дер­жа­ние SO₂ 13–14%) в ци­кло­не и элек­тро­фильт­ре, про­мыв­ку, осуш­ку и раз­бав­ле­ние воз­ду­хом до со­дер­жа­ния SO₂ 9%. Очи­щен­ная, осу­шен­ная и по­дог­ре­тая до 420 °С га­зо­вая смесь, со­дер­жа­щая 9–10% SO₂, по­сту­па­ет в кон­такт­ный ап­па­рат на пер­вую ста­дию окис­ле­ния на трёх сло­ях ка­та­ли­за­то­ра. Окис­лен­ная га­зо­вая смесь в оле­ум­ном и мо­но­гид­рат­ном аб­сор­бе­рах (оро­шае­мых оле­умом и кон­цен­трир. H₂SO₄) ос­во­бо­ж­да­ет­ся от SO₃, на­гре­ва­ет­ся до 420 °С и по­сту­па­ет на вто­рую ста­дию окис­ле­ния на од­ном или двух сло­ях ка­та­ли­за­то­ра. Да­лее SO₃ от­де­ля­ет­ся в аб­сор­бе­ре, оро­шае­мом 98%-ной H₂SO₄, а от­хо­дя­щие га­зы вы­бра­сы­ва­ют­ся в ат­мо­сфе­ру. Сум­мар­ная сте­пень пре­вра­ще­ния SO₂ в SO₃ при кон­такт­ном спо­со­бе дос­ти­га­ет 99,7%, сте­пень аб­сорб­ции SO₃ 99,97%.

В нит­ро­зном спо­со­бе об­жи­го­вый газ по­сле ох­ла­ж­де­ния и очи­ст­ки от пы­ли об­ра­ба­ты­ва­ют нит­ро­зой – С. к., в ко­то­рой рас­тво­ре­ны ок­си­ды азо­та. SO₂ по­гло­ща­ет­ся нит­ро­зой, а за­тем окис­ля­ет­ся (SO₂+N₂O₃+Н₂О=Н₂SO₄+NO). Вы­де­ляю­щий­ся NO окис­ля­ет­ся до NO₂. Смесь NO и NO₂ рас­тво­ря­ют в H₂SO₄ и воз­вра­ща­ют в цикл. Дос­то­ин­ст­ва нит­роз­но­го ме­то­да: про­сто­та ап­па­ра­тур­но­го оформ­ле­ния, бо­лее низ­кая се­бе­стои­мость (на 10–15% ни­же кон­такт­но­го), воз­мож­ность 100%-ной пе­ре­ра­бот­ки SO₂. Не­дос­тат­ки: низ­кая кон­цен­тра­ция H₂SO₄, на­ли­чие при­ме­сей в про­дук­те.

Ми­ро­вое про­из-во С. к. ок. 145 млн. т/год.

Стан­дар­ты на то­вар­ные сор­та С. к. (в % по мас­се H₂SO₄): нит­ро­зная 75%, кон­такт­ная 92,5–98,0%; оле­ум 104,5%, вы­со­ко­про­цент­ный оле­ум 114,6%, ак­ку­му­ля­тор­ная 92–94%, ре­ак­тив­ная (по­лу­чае­мая кон­такт­ным спо­со­бом в ап­па­ра­ту­ре из квар­ца или пла­ти­ны) 92–94%.

Применение

С. к. ис­поль­зу­ет­ся для про­из-ва ми­нер. удоб­ре­ний, как элек­тро­лит в свин­цо­вых ак­ку­му­ля­то­рах, в гид­ро­ме­тал­лур­гии для вскры­тия ком­плекс­ных руд, для по­лу­че­ния ки­слот (фос­фор­ной, со­ля­ной, бор­ной, пла­ви­ко­вой и др.) и со­лей, в неф­тя­ной пром-сти (очи­ст­ка неф­те­про­дук­тов от сер­ни­стых и не­на­сы­щен­ных ор­га­нич. со­еди­не­ний), в ме­тал­ло­об­ра­бот­ке (уда­ле­ние ока­ли­ны с про­во­ло­ки и лис­тов пе­ред лу­же­ни­ем и оцин­ков­кой, трав­ле­ние ме­тал­лич. по­верх­но­стей пе­ред на­не­се­ни­ем галь­ва­нич. по­кры­тий), в пром. ор­га­нич. син­те­зе (ре­ак­ции эте­ри­фи­ка­ции, суль­фи­ро­ва­ния, ал­ки­ли­ро­ва­ния и пр.), как во­до­от­ни­маю­щее сред­ст­во (осуш­ка га­зов, кон­цен­три­ро­ва­ние азот­ной ки­сло­ты) и др.

С. к. и оле­ум – хи­ми­че­ски чрез­вы­чай­но аг­рес­сив­ные ве­ще­ст­ва, по­ра­жа­ют ды­хат. пу­ти, ко­жу, сли­зи­стые обо­лоч­ки, вы­зы­ва­ют за­труд­не­ние ды­ха­ния, ка­шель, ла­рин­гит, тра­хе­ит, брон­хит. Об­ра­щать­ся с С. к. в ла­бо­ра­то­рии и на про­из-ве сле­ду­ет с ос­то­рож­но­стью, ис­поль­зуя сред­ст­ва за­щи­ты (оч­ки, ре­зи­но­вые пер­чат­ки, фар­ту­ки, са­по­ги). При раз­бав­ле­нии не­об­хо­ди­мо лить H₂SO₄ в во­ду тон­кой стру­ёй при пе­ре­ме­ши­ва­нии (при­ли­ва­ние во­ды к кон­цен­трир. H₂SO₄ вы­зы­ва­ет раз­брыз­ги­ва­ние из-за боль­шо­го те­п­ло­вы­де­ле­ния).

Аэ­ро­золь H₂SO₄ мо­жет об­ра­зо­вать­ся в ат­мо­сфе­ре в ре­зуль­та­те вы­бро­сов те­п­ло­элек­тро­стан­ций, хи­мич. и ме­тал­лур­гич. про­из­водств, со­дер­жа­щих ок­си­ды S, и вы­па­дать в ви­де ки­слот­ных до­ж­дей.