Acidul sulfuric (sulfat de dihidrogen, în conformitate cu nomenclatura IUPAC) este un compus chimic al sulfatului cu formula chimică H2SO4. Acesta este un lichid incolor, uleios, foarte vâscos și higroscopic. Acidul sulfuric este unul dintre cei mai puternici acizi și foarte coroziv. Acidul mineral formează două serii de săruri, sulfații acizi și sulfații, în care în comparație cu radicalul liber, unul sau doi protoni sunt înlocuiți de unii cationi.
Acidul sulfuric este una dintre cele mai importante substanțe chimice din punct de vedere tehnic și constituie unul dintre cei mai fabricați precursori chimici. În 1993, aproximativ 135 de milioane de tone de acid sulfuric au fost produse.Schwefelsäure in: Roempp Chemie Lexikon, Thieme Verlag, 2007, online Este utilizat în principal în producerea fertilizatorilor și pentru a reprezenta alți acizi minerali, cum ar fi acidul clorhidric sau acidul fosforic. Este în mod frecvent utilizat în soluții apoase de diferite concentrații.
Anhidrida acidului sulfuric este trioxidul de sulf (SO3). Date despre anhidrida sulfuroasă Atunci când trioxidul de sulf este dizolvat în acidul sulfuric peste raportul stoichiometric, soluția este cunoscută sub denumirea de acid sulfuric fumans sau oleum Oleum Cum se fabrică oleumul, întrucât aceasta „fumegă” în aer, ca urmare a reacției cu vaporii de apă generând mici picături de acid sulfuric, ce au un aspect asemănător cu al ceții. Acizii asociați celui sulfuric sunt acidul sulfuros (H2SO3), care este derivat din dioxidul de sulf Sulfurous acid Acidul sulfuros formula, cum se formează, etc., și acidul tiosulfuric (H2S2O3), în acest caz un atom de oxigen fiind înlocuit de către sulf. Acidul tiosulfuric
Istorie thumb|left|Cuptor de pe vapor pentru recuperarea uleiului de vitriol
Acidul sulfuric este cunoscut încă din vechi timpuri sub denumirea de vitriol. Primele indicații ale acestuia se găsesc în textele alchimistului istoric controversat Dschābir ibn Hayyān din secolul al VIII-lea. Apoi, acesta a fost menționat împreună cu unele metode de fabricare posibile în scrierile alchimistului Albertus Magnus (1200-1280) și ale lui Basilius Valentinus (c. 1600). Aceștia au descris metode de produce a vitriolului din diferiți sulfați naturali - cum ar fi calcantitul sau alaunul. Numele de ulei de vitriol este derivat de la denumirea învechită de vitriol pe care o aveau aceste minerale. Prima sursă ce conținea cantități mari de acid sulfuric a fost vitriolul. Din secolul al XVI-lea, el a fost fabricat în Boemia, Saxonia și Harz, unde procesul de fabricare al vitriolului a produs acid sulfuric.Schwefelsäure in: Meyers Großes Konversations-Lexikon. Leipzig 1905–1909, Band 18, S. 160–163. După numele primei mare producții din Nordhausen, produsul a fost redenumit Vitriol Nordhausen.Claus Priesner: Johann Christian Bernhardt und die Vitriolsäure, in: Chemie in unserer Zeit, 1982, 16, 5, S. 149–159; . Primele investigații științifice ale acidului sulfuric au fost desfășurate de către Johann Rudolph Glauber. El a reacționat acidul cu clorura de sodiu și a obținut acid clorhidric și sulfat de sodiu, care a fost denumit Sarea Glauber.Walter Jansen: Zum Gedenken: Johann Rudolph Glauber, in: Chemikon, 2004, 11, 3, S. 155; . Totuși, metodele în care erau folosiți sulfații erau foarte complicate și scumpe. Pentru a obține cantități mai mari de produs, în secolul al XVIII-lea s-a dezvoltat un procedeu în care sulful și salpetrul era ars în borcane de sticlă. Pentru că recipientele din sticlă erau prea fragile, în 1746, John Roebuck a fost primul care a încercat reacția în unele mai rezistente de plumb. După 1793, Nicolas Clément-Désormes și Charles Bernard Désormes au descoperit că utilizând aerul, salpetrul era redus semnificant în volum, așadar metoda camerelor de plumb putea fi utilizată industrial. Acest lucru a fost particular pentru anul 1789 William H. Brock: Viewegs Geschichte der Chemie. Vieweg, Braunschweig 1997, ISBN 3-540-67033-5. când a fost descoperit de Nicolas Leblanc și aplicat în 1791 pentru producția carbonatului de sodiu. Procesul a fost îmbunătățit de mai multe ori de Joseph Louis Gay-Lussac și s-au dezvoltat metodele de absorbție a gazelor nitroase Hermann Müller: Sulfuric Acid and Sulfur Trioxide, in: Ullmanns's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 4. Auflage, 1984, . Astfel, era posibilă producerea continuă a acidului. Principalul dezavantaj al acestei metode este că a fost atinsă o centrație de doar 78%, iar soluțiile mai concentrate de oleum vor produce distilarea vitriolului. O metodă de producere de acidului sulfuric extrem concentrat a fost dezvoltată numai după 1870, când a fost descoperit procedeul de contact.N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemie der Elemente. 1. Auflage. VCH Verlagsgesellschaft, 1988, ISBN 3-527-26169-9.
Ocurență thumb|left|Calcantit Liber și nedisociat în ioni de oxoniu sau de sulfat, acidul sulfuric este foarte rar în natură. Analiza comparativă dintre acidul sulfuric și acidul clorhidric În atmosferă, el este format din dioxidul de sulf, care la rândul său este produs prin combustia substanțelor conținătoare de sulf sau din erupții vulcanice. Dioxidul de sulf este oxidat de către radicalii de hidroxil sau de către oxigen la trioxid de sulf. Cu apa, acesta formează în final acidul sulfuric liber. Continuarea oxidării permite formarea trioxidului de sulf de către ozon sau peroxid de hidrogen. În ploaia acidă, acidul sulfuric trece sub formă diluată (sulfat de hidrogen sau ioni de sulfat) și ajunge pe pământ.
De asemenea, există o cantitate mică de acid sulfuric liber și în unele izvoare vulcanice numite solfatare.
Spre deosebire de acidul sulfuric în sine, sărurile sale, sulfații, sunt foarte răspândiți în natură. Există multe minerale care sunt sulfați ca și compoziție, iar printre cele mai cunoscute sunt: gipsul (CaSO4 · 2H2O), baritina (BaSO4) Baritine mineral Ocurența baritinei, calcantitul (CuSO4 · 5H2O) și sarea Glauber (Na2SO4 · 10 H2O).
Acidul sulfuric se găsește în afara Pământului în atmosfera superioară a planetei Venus. Acesta este produs prin reacția fotochimică dintre dioxidul de sulf și apa. Aici se formează picături de ploaie care conțin acid sulfuric de concentrație până la 80 sau 85%. În straturile mai joase, acidul se descompune datorită temperaturilor în dioxid de sulf, oxigen și apă, dar acestea se ridică din nou și formează acid sulfuric.V. A. Krasnopolsky, V. A. Parshev: Chemical composition of the atmosphere of Venus, in: Nature, 1981, 292, S. 610–613; .
Mai recent s-a descoperit că există mari porțiuni de acid sulfuric și în suprafața înghețată a satelitului Europa al lui Jupiter. Una dintre ipoteze este că atomii de sulf proveniți prin erupție vulcanică au interacționat în pătura magnetică din jurul satelitului și au format acidul sulfuric. Sulfuric Acid Found on Europa (Acidul sulfuric găsit pe Europa).
Producție thumb|Producția de acid sulfuric între anii 1970-2003 în diferite țări. Există două procese principale folosite în producția de H2SO4, procedeul camerei de plumb și procedeul de contact. Procesul camerei de plumb este o metodă veche și produce o soluție de acid în apă de concentrație 62÷78%. Prin procesul de contact se obține acid sulfuric pur. În ambele procese, dioxidul de sulf, SO2, este oxidat la trioxid de sulf SO3, care este dizolvat în apă.
Dioxidul de sulf este obținut prin arderea sulfului: S(s) + O2(g) → SO2(g)
prin prăjirea piritei (sulfura de fier) sau a altor sulfuri metalice 4 FeS2(s) + 11 O2(g) → 2 Fe2O3(s) + 8 SO2(g)
sau prin arderea hidrogenului sulfurat, 2 H2S(g) + 3 O2(g) → 2 SO2(g) + 2 H2O(g)
Bioxidul de sulf este oxidat catalitic la trioxid de sulf 2SO2(g) + O2(g) → 2 SO3(g)
În absența catalizatorului, oxidarea SO2 este lentă. În procesul vechi cu camera de plumb, catalizatorul este dioxidul de azot. În procedeul contact, catalizatorul este oxidul de vanadiu, V2O5. Trioxidul de sulf produs este dizolvat în acid sulfuric 98%, în care reacționează cu cele 2% apă, formand H2SO4. SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(l)
Materia primă pentru producția acidului sulfuric este adesea sulful elementar în cantități mari (2007: 66 milioane de tone ) obținut prin desulfurizarea gazelor naturale și a țițeiului prin Procedeul Claus. Elementul este ars în aer pentru a se obține dioxid de sulf:
Reacția sulfului cu oxigenul
În alte surse, dioxidul de sulf este produs în cantități mari prin topirea minereurilor de sulf, din urma cărora de mai obțin și metal e ca cupru, zinc sau plumb. Dioxidul de sulf rezultă direct în urma reacției:
Prăjirea sulfurii de zinc
În 1999, în Europa au fost prăjite 3 milioane de tone de pirită pentru producția acidului sulfuric, dar în Asia, proporția era și mai mare.E. R. Riegel und J. A. Kent: Riegel's Handbook of Industrial Chemistry. Springer 2003. ISBN 0-306-47411-5, S. 503.
În țările cu resurse sărace, care nu au nici zăcăminte de sulfuri, nici sulfidice, este folosit procedeul Müller-Kühne. Acesta constă în obținerea dioxidului de sulf prin arderea gipsului și cărbunelui într-un cuptor rotativ. Procedeul, mare consumator de energie, poate fi făcut mai profitabil prin adăugarea nisipului și argilei și obținându-se ca produs secundar ciment de foarte bună calitate. În RDG, procedura a fost efectuată pe scară largă.
Pentru continuarea producției trebuie format trioxidul de sulf. Reacția directă dintre sulf și oxigen pentru a forma trioxid de sulf nu are loc, deoarece echilibrul reacției de oxidare a dioxidului de sulf la trioxid de sulf la temperaturi joase este doar de partea trioxidului de sulf. La aceste temperaturi, totuși, rata de reacție este prea scăzută. Prin urmare, cu ajutorul unor catalizatori adecvați, condițiile de reacție sunt controlate astfel încât reacția să aibă loc mai repede la temperaturi mult prea ridicate.
Reacția de oxidare a dioxidului de sulf la trioxid de sulf
thumb|right|500px|Ciclul catalitic de oxidare al dioxidului de sulf
Atunci când este folosit procesul de contact (foarte răspândit în prezent), pentaoxidul de vanadiu este utilizat pentru cataliza transferului de oxigen. Acesta formează o topitură de oxid de vanadiu (V) și sunt adăugați ca co-catalizatori sulfați alcalini. Acesta este catalizatorul final, o combinație complexă cu formula [(VO2)O(SO4)4]4-. El este depozitat fără să schimbe starea de oxidare a vanadiului, așa că dioxidul de sulf reacționează cu oxigenul pentru a forma trioxidul de sulf.O.B. Lapina, B.S. Bal'zhinimaev, S. Boghosian, K.M. Eriksen, R. Fehrmann: Progress on the mechanistic understanding of SO2 oxidation catalysts, in: Catalysis Today, 1999, 51, S. 469–479, . Temperatura din timpul reacției este de 420-620 °C, deoarece cataliza este inactivă la temperaturi mai joase datorită formării de compușilor de vanadiul tetravalent. Reacția se desfășoară în niște tăvi de cuptoare de contact, în care catalizatorul este așezat pe patru straturi ("rafturi"), una deasupra alteia, iar gazul este răcit treptat între tăvi la o temperatură corespunzătoare.
În procedeul de contact dublu, înainte de ultima tavă, resturile de sulf existente se spală cu acid sulfuric concentrat. În acest fel, randamentul procesului crete la 99,5%.Holleman-Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage, Berlin 2007. ISBN 978-3-11-017770-1.
După formarea trioxidului de sulf, care este transformat în acid sulfuric, reziduul de dioxid de sulf rămas trebuie eliminat cu ajutorul amoniacului sau a tiosulfatului de sodiu. Din moment de reacția trioxidului de sulf cu apa este prea energică, putând duce la fierbere și la formarea de aerosoli foarte greu de condensat, gazul este trecut printr-o soluție concentrată de acid sulfuric. În urma acestei reacții se obține H2S2O7 care, combinat în cele ce urmează cu apa, se transformă în acid sulfuric.
Reacția dintre trioxidul de sulf și acidul sulfuric.
Obținerea acidului sulfuric