Сірчана кислота - один з основних багатотоннажних продуктів хімічної промисловості. Її застосовують у різних галузях народного господарства, оскільки вона володіє комплексом особливих властивостей, які полегшують її технологічне використання. Сірчана кислота не димить, не має кольору і запаху, при звичайній температурі знаходиться в рідкому стані, в кін-центрованої вигляді не кородує чорні метали. У той же час, сірчана кислота належить до сильних мінеральних кислот, утворює багато-чисельні стійкі солі і дешева.

У техніці під сірчаної кислотою розуміють системи, що складаються з оксіда сірки (VI) та води різного складу: п SО3 т Н2О.

При п = т = 1 це моногідрат сірчаної кислоти (100% -ная сірчана кислота), при т> п - водні розчини моногідрату, при т <п - розчини оксида сірки (VI) в моногідраті (олеум).

Моногідрат сірчаної кислоти - безбарвна масляниста рідина з температурою кристалізації 10,37 оС, температурою кипіння 296,2 оС і щільністю 1,85 т/м3. З водою і оксидом сірки (VI) він змішується у всіх відносинах, утворюючи гідрати складу Н2SО4 Н2О, Н2SО4 2Н2О, Н2SО4 4Н2О і з'єднання з оксидом сірки Н2SО4 SО3 і Н2SО4 2SО3.

Ці гідрати і з'єднання з оксидом сірки мають різні температури кристалізації і утворюють ряд евтектики. Деякі з цих евтектики мають температуру кристалізації нижче нуля або близькі до нуля. Ці осості розчинів сірчаної кислоти враховуються при виборі її товарних сортів, які за умовами виробництва і зберігання повинні мати низьку температуру кристалізації.

Температура кипіння сірчаної кислоти також залежить від її концентрації, тобто складу системи "оксид сірки (VI) - вода". З підвищенням концентрації водної сірчаної кислоти температура її кипіння зростає і досягала максимуму 336,5 оС при концентрації 98,3%, що відповідає азеотропному складу, а потім знижується. Температура кипіння олеуму з збільшенням вмісту вільного оксиду сірки (VI) знижується від 296,2 оС (температуру кипіння моногідрату) до 44,7 оС, що відповідає температурі кипіння 100% -ного оксиду сірки (VI).

При нагріванні парів сірчаної кислоти вище 400 оС вона піддається термічній дисоціації за схемою:

400оС 700 оС, 2 Н2SО4 <=> 2Н2О + 2SО3 <=> 2Н2О + 2SО2 + О2.

Серед мінеральних кислот сірчана кислота за обсягом виробництва і споживання займає перше місце. Світове виробництво її за останні 25 років зросла більш ніж у три рази і складає в даний час більше 160 млн. т на рік.

Технологія сірчаної кислоти

Серед мінеральних кислот, вироблених хімічною промисловістю, сірчана кислота за обсягом виробництва і споживання займає перше місце.

Пояснюється це й тим, що вона найдешевша з усіх кислот, а також її властивостями.

Сірчана кислота не димить, в концентрованому вигляді не руйнує чорні метали, в той же час є однією з найсильніших кислот, в широкому діапазоні температур (від - 40... - 20 до 260-336,5 єС) знаходиться в рідкому стані.

Області застосування сірчаної кислоти надзвичайно великі.

Істотна її частина використовується як напівпродукт у різних галузях хімічної промисловості, перш за все для отримання мінеральних добрив, а також солей, кислот, вибухових речовин.

Сірчана кислота застосовується і при виробництві барвників, хімічних волокон, в металургійній, текстильній, харчовій промисловості і т.д.

Сірчана кислота може існувати як самостійне хімічна сполука H2SO4, а також у вигляді сполук з водою

H2SO4 * 2H2O, H2SO4 * H2O, H2SO4 * 4H2O і з триоксид сірки H2SO4 * SO3, H2SO4 * 2SO3.

У техніці сірчаної кислотою називають і безводну H2SO4 та її водні розчини (по суті справи, це суміш H2O, H2SO4 і з'єднань H2SO4 * nH2O), і розчини триоксид сірки в безводній H2SO4 - олеум (суміш H2SO4 і з'єднань H2SO4 * nSO3)

Безводна сірчана кислота - важка масляниста безбарвна рідина, змішується з водою і триоксид сірки в будь-якому співвідношенні. Фізичні властивості сірчаної кислоти, такі, як щільність, температура кристалізації, температура кипіння, залежать від її складу.

Безводна 100% -ная сірчана кислота має порівняно високу температуру кристалізації 10,7 єC. Щоб зменшити можливість замерзання товарного продукту при перевезенні та зберіганні, концентрацію технічної сірчаної кислоти вибирають такою, щоб вона мала досить низьку температуру кристалізації. Промисловість випускає три види товарної сірчаної кислоти (баштова кислота, контактна кислота і олеум). Розглянуті властивості сірчаної кислоти необхідно враховувати як при виборі технологічного режиму процесу, так і при проектуванні окремих апаратів, трубопроводів і т.д. Наприклад, при розміщенні цеху на відкритому майданчику необхідно передбачити теплоізоляцію трубопроводів, по яких циркулюють розчини сірчаної кислоти, мають досить високі температури кристалізації. Облік діаграми фазового рівноваги пари і рідини дозволяє правильно вибрати умови проведення стадії абсорбції триоксид сірки, що забезпечують високу ступінь абсорбції та запобіжні побічні явища, такі, наприклад, як освіта сірчанокислотного туману.

Взаємодія з металлами

Розбавлена сірчана кислота взаємодіє з деякими металами, наприклад з залізом, цинком, магнієм, з виділенням водню:

Fe+H2SO4 =FeSO4 +H2

Деякі малоактивні метали, такі як мідь, срібло, золото, з розбавленою сірчаною кислотою не реагують.

Концентрована сірчана кислота є сильним окислювачем. Вона окисляє багато метали. Продуктами відновлення кислоти звичайно є оксиди сірки (IV), сірководень і сірка (Н2S і S утворюються в реакціях кислоти з активними металами - магнієм, кальцієм, натрієм, калієм і ін) Приклади реакцій:

Cu+2H2SO4=CuSO4+SO2+2H2O

Mg+2H2SO4=MgSO4+SO2+2H2O или

4Mg+5H2SO4=4MgSO4+H2S+4H2O

Сірчана кислота високої концентрації (практично безводна) не взаємодіє з залізом в результаті пасивації металу. Явище пасивації пов'язане з освітою на поверхні металу міцної суцільної плівки, що складається з оксидів або інших сполук, які перешкоджають контакту металу з кислотою. Завдяки пасивації можна зберігати і перевозити концентровану сірчану кислоту в сталевій тарі. Концентрована сірчана кислота пасивує також алюміній, нікель, хром, титан.

Взаємодія з неметалами

Концентрована сірчана кислота може окислювати неметали, наприклад:

S+2H2SO4=3SO2+2H2O

Окислювальні властивості концентрованої сірчаної кислоти можуть виявлятися в реакціях з деякими складними речовинами - востановітелямі, наприклад:

2KBr+2H2SO4=Br2+SO2+K2SO4+2H2O