اسید سولفوریک H2SO4

اسید سولفوریک با فرمول H۲SO۴ که در گذشته جوهر گوگرد یا هیدروژن سولفات خوانده می‌شد، اسیدی با چگالی بالا، بی‌رنگ و بسیار قوی است که با هر درصدی درآب حل می‌شود. این ماده یکی از مهم‌ترین مواد شیمیایی موجود در جهان است که از واکنش آب با سولفور تری‌اکسید (که خود از ترکیب سولفور دی‌اکسید و اکسیژن از طریق فرایند تماسی یا فرایند محفظه‌ای بدست می‌آید) ساخته می‌شود.

ساختار مولکولی و خصلت اسیدی اسید سولفوریک

اسید سولفوریک از مولکول‌هایی شامل یک اتم گوگرد، چهار اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن ساخته شده‌است. از آن‌جا که هیدروژن‌ها به اتم اکسیژن متصل هستند، حامل بار مثبت جزئی می‌باشند و قادرند به عنوان هیدروژن اسیدی عمل کنند. با از دست دادن اولین هیدروژن، آنیون هیدروژن‌سولفات تولید می‌شود که با توجه به ساختارهای رزونانسی، بسیار پایدار است؛ بنابراین اولین تفکیک اسید سولفوریک، به شکل کامل انجام می‌شود:

H2SO4 + H2O → HSO4- + H3O+ (1

برای دومین مرحله، باید هیدروژن به شکل کاتیون، آنیون هیدروژن‌سولفات را ترک کند که چندان راحت نیست؛ بنابراین تفکیک دومین هیدروژن اسیدی در اسید سولفوریک، کامل نیست و یک واکنش تعادلی است:[۴]

HSO4- + H2O ⇔ H3O+ + SO42- (2

فرایند مجاورت

اسید سولفوریک، یکی از مهم‌ترین مواد شیمیایی صنعتی است که با استفاده از فرایند مجاورت تولید می‌شود. در مرحله نخست گوگرد در مجاورت اکسیژن، اکسید شده و گوگرد دی‌اکسید به دست می‌آید:

S(s) + O2(g) → SO2(g) (1

در مرحله بعد گوگرد دی‌اکسید در مجاورت یک کاتالیزگر و در واکنش با اکسیژن اضافی به SO۳ اکسیده می‌شود:

SO2(g) + O2(g) → SO3(g) (2

این واکنش گرماده است و انتروپی (بی نظمی) آن کاهش می‌یابد چون عامل انتروپی نامساعد است (پدیده‌های جهان به سمت بی نظمی بیشتر می‌روند) یک عامل نامساعد ترمودینامیکی دارد پس برگشت‌پذیر است.

واکنش بالا در دمای معمولی بسیار کند است؛ لذا در روش صنعتی، از دماهای بالاتر )۴۰۰C تا۷۰۰C(و از یک کاتالیزور (مانند پنتا اکسید وانادیم V2O5 یا اسفنج پلاتین، که البته امروزه کمتر به کار می‌رود) استفاده می‌شود. از واکنش گوگرد تری‌اکسید با آب، محلول اسید سولفوریک تشکیل می‌شود:

SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(aq) (3

با تکرار مراحل بالا و دمیدن گوگرد تری‌اکسید درون محلول اسید سولفوریک، پیرواسید سولفوریک (H2S2O7) تشکیل می‌شود:

H2SO4(l) + SO3(g) → H2S2O7(l) (4

سپس با افزودن آب به پیرواسید سولفوریک، محلول اسید سولفوریک را تهیه می‌کنند:

H2S2O7(l) + H2O(l) → 2H2SO4(l) (5

کنترل این روش که در آن، پیرواسید سولفوریک تشکیل می‌شود، آسان‌تر از واکنش مستقیم گوگرد تری‌اکسید با آب است؛ بنابراین از این واکنش برای تولید اسید سولفوریک با درصد معین و غلظت دل‌خواه استفاده می‌شود.

دیگر روش‌ها

اسید سولفوریک را می‌توان در آزمایشگاه از واکنش گاز گوگرد دی‌اکسید با هیدروژن پراکسید (آب اکسیژنه) به دست آورد.

(g) + H2O2 (l) → H2SO4 (l)SO2

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

کاربرد اسید سولفوریک:

• تهیه کودهای شیمیایی

• صنایع معدنی و فلزی، چرم سازی،

• لاستیک سازی،

• نساجی و شوینده

• تصفیه مواد نفتی

• صنایع شیمیایی (ضد یخ، حشره کشها، داروئی، احیای آلومینیوم) صنعت آهن و فولاد

• پاک کننده‌های مصنوعی

• اسیدی کردن چاه‌های نفت

• جداسازی مس با عیار کم

• 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 عکاسی)

• صنایع کاغذ سازی (دستمال کاغذی، روزنامه، جعبه‌های مقوایی، کاغذ تحریر و سایر مقواها) مواد منفجره و … به مصرف می رسد.

• استفاده در آنودایزینگ آلومینیوم از غلظت های متفاوت ، این اسید به عنوان الکترولیت استفاده می شود.

• ، مواد منفجره (مانند تی ان تی)،

• آب باتری اتومبیل،

• و ..