酸化物を含む濃硫酸。 硫酸とその用途

硫酸分子式 H 2 SO 4 を持つ非常に腐食性の強い鉱酸です。 これは、わずかに黄色がかった無色の粘稠な液体であり、あらゆる濃度で水に可溶です。 硫酸は、人々にその危険性を警告するために、工業生産の過程で濃い茶色に着色されることがあります。 硫酸の歴史名は ビトリオールの油.

硫酸は二塩基酸であり、濃度によって性質が異なります。 金属、生体組織（皮膚や肉など）、さらには石などの他の物質に対するその腐食性は、主にその強い酸性の性質と、濃縮された形での強い脱水特性と酸化特性に起因すると考えられます。 高濃度の硫酸は、加水分解による化学火傷だけでなく、脱水による二次熱傷も引き起こすため、接触すると非常に深刻な損傷を引き起こす可能性があります。 硫酸は角膜を焼き、目に飛び散ると永久的な失明を引き起こす可能性があります。 したがって、使用する場合は、十分な安全対策を講じる必要があります。 また、吸湿性にも優れており、空気中の水蒸気を素早く吸収します。

硫酸はさまざまな化学的性質を持ち、家庭用酸排水管洗浄剤、鉛蓄電池の電解液、さまざまな洗浄剤など、幅広い用途に使用されています。 化学産業においても重要な物質です。 主な用途には、鉱物処理、肥料製造、石油精製、廃水処理、化学合成などがあります。 硫酸は、接触法、湿式触媒法などのさまざまな方法で広く製造されています。

硫酸の歴史

ビトリオールの研究は古代に始まりました。 シュメール人はビトリオールの種類のリストを持っており、物質の色に従って分類していました。 ビトリオールの起源と特性に関する最も初期の議論のいくつかは、ギリシャの医師ディオスコリデス (西暦 1 世紀) とローマの博物学者大プリニウス (西暦 23 ～ 79 年) の著作に見られます。 ガレノスはまた、その医療用途についても議論しました。 冶金学におけるビトリオールの使用は、古代ギリシャの錬金術作品に記載されています ゾシマから パノポリス、論文では「フィジカとミスティカ» そしてライデンのパピルスX。

イスラムの錬金術師 ジャビル・イブン・ハヤン(西暦 721 ～ 815 年)、ラジ (西暦 865 ～ 925 年)、 ジャマル ディン アル ワットワット（1318年、本を執筆） マバーヒジ・アル・フィカール・ワ・マナーヒジ・アル「イバル」）、鉱物分類リストにビトリオールが含まれていました。 イブン・シーナは、ビトリオールの薬用用途とその種類に焦点を当てました。

硫酸は、中世ヨーロッパの錬金術師によって「ビトリオールの油」と呼ばれていました。 この名前は、ヴァンサン・オブ・ボーヴェの作品やエッセイの中で言及されています。 複合体複合体"、 に起因する アルバート大王。 Pseudo-Gerber の作品からの抜粋 " 合計完璧です」は長い間、硫酸の最初のレシピと考えられていましたが、これは誤解でした。

17 世紀、ドイツ系デンマーク人の化学者ヨハン グラウバーは、蒸気の存在下で硫黄を硝石 (硝酸カリウム、KNO 3) で燃焼させて硫酸を調製しました。 硝石は分解すると硫黄を酸化して化合物 SO3 にし、水と結合して硫酸を生成します。 1736 年、ロンドン出身の薬剤師ジョシュア ウォードは、この方法を使用して硫酸の大規模生産を開始しました。

1746 年にバーミンガムで、ジョン ローバックはこの方法を応用して、鉛入りチャンバー内で硫酸を製造しました。このチャンバーは、以前に使用されていたガラス容器よりも強力で安価で、大きくすることができました。 これ リードチャンバープロセス硫酸生産の効果的な工業化を確実にしました。 いくつかの改良を経て、「リードチャンバープロセス」または「チャンバープロセス」と呼ばれるこの方法は、ほぼ 2 世紀にわたって硫酸製造の標準であり続けました。

ジョン・ローバックのプロセスで生成された硫酸の濃度は 65% に近づきました。 後にフランスの化学者によって鉛チャンバープロセスが改良されました ホセ・ルイスゲイ＝リュサックと英国の化学者ジョン・グローバーは濃度を 78% に改善しました。 ただし、一部の染料やその他の化学プロセスでは、より濃縮された製品が必要です。 18 世紀には、これは元の錬金術プロセスと同様の技術で鉱物を乾留することによってのみ行うことができました。 黄鉄鉱 (二硫化鉄、FeS2) を空気中で加熱して硫酸鉄(II)、FeSO4 を生成し、これを空気中でさらに加熱して酸化して硫酸鉄(III)、Fe2(SO4)3 を形成しました。 480℃に加熱すると、酸化鉄(III)と三酸化硫黄に分解し、水を通過させると任意の濃度の硫酸が得られる。 しかし、このプロセスに費用がかかるため、濃硫酸を大規模に使用することができませんでした。

1831 年、英国の酢商人ペレグリン フィリップスは、三酸化硫黄と濃硫酸を製造するためのはるかに経済的なプロセスである接触プロセスの特許を取得しました。 現在、世界中の硫酸のほぼすべてがこの方法で製造されています。

硫酸の物性

C + 2 H 2 SO 4 → CO 2 + 2 SO 2 + 2H 2 O

S + 2H 2 SO 4 → 3 SO 2 + 2H 2 O

塩化ナトリウムとの反応

塩化ナトリウムと反応して塩化水素ガスと重硫酸ナトリウムを生成します。

NaCl + H2SO4 → NaHSO4 + HCl

芳香族における求電子置換

ベンゼンは硫酸による芳香族求電子置換を受けて、対応するスルホン酸を形成します。

有病率

純粋な硫酸は、水との親和性が高いため、地球上では無水の形で天然には存在しません。 液化硫酸は酸性雨の成分であり、水の存在下で二酸化硫黄が大気酸化することによって生成されます。 亜硫酸の酸化。 二酸化硫黄は、石炭や石油などの硫黄含有燃料が燃焼したときに生成される主要な副生成物です。

硫酸は、硫化鉄などの硫化鉱物の酸化によって自然に生成されます。 結果として生じる水は高度に酸性になる可能性があり、酸性鉱山水排水 (AMWD) または酸性岩排水 (ARD) と呼ばれます。 この酸性水は硫化岩に存在する金属を溶解することができ、その結果、明るい色の有毒な流れが生じます。 分子状酸素による黄鉄鉱 (硫化鉄) の酸化では、鉄 (II) または Fe 2+ が形成されます。

2 FeS 2 (t.r.) + 7 O 2 + 2 H 2 O → 2 Fe 2+ (t.r.) + 4 SO 4 2− (t.r.) + 4 H +

4 Fe 2+ + O 2 + 4 H + → 4 Fe 3+ + 2 H 2 O

結果として生じる Fe 3+ は、水酸化物または含水酸化物として沈殿する可能性があります。

Fe 3+ (v.r.) + 3 H 2 O → Fe(OH) 3 (s.v.) + 3 H +

鉄(III) イオン (「第二鉄」) も黄鉄鉱を酸化します。

FeS 2 (g.) + 14 Fe 3+ + 8 H 2 O → 15 Fe 2+ (w.r.) + 2 SO 4 2− (w.r.) + 16 H +

鉄(III)による黄鉄鉱の酸化が起こると、そのプロセスが加速する可能性があります。 このプロセスで形成された DCP では、ゼロ以下の pH 値が測定されました。

DCP はより低い速度で硫酸を生成することもできるため、帯水層の酸中和能力 (ANC) によって生成される酸を中和することができます。 このような場合、水の総溶解固形分 (TDS) 濃度は、ミネラルとの酸の中和反応によりミネラル溶液から増加する可能性があります。

硫酸は、昆布などの特定の海洋生物による防御として使用されます。 デスマレスティア・ムンダ(Desmarestiaceae) 細胞液胞に硫酸を濃縮します。

地球外の硫酸

金星

硫酸は、金星の上層大気中で、二酸化炭素、二酸化硫黄、水蒸気の光化学反応によって生成されます。 波長が 169 nm 未満の紫外陽子は、二酸化炭素を光解離して一酸化炭素と原子状酸素を生成する可能性があります。 原子状酸素は反応性が高いです。 金星の大気中に微量に存在する成分である二酸化硫黄と反応すると、三酸化硫黄が生成され、金星の大気のもう一つの微量成分である水蒸気と結合して硫酸を形成します。 金星の大気の上層、より冷たい層では、硫酸が液体として存在し、上から見ると硫酸の厚い雲が金星の表面を完全に覆い隠します。 雲の主な層は地表から 45 ～ 70 km 上空に広がり、密度の低い霧は地表上 30 km で低く、90 km で高く広がります。 地球の大気中の雲が水の雨を形成するのと同じように、持続的な金星の雲は集中した酸性雨を形成します。

大気は硫酸サイクルを示します。 硫酸の雨滴が大気のより高温の層の温度勾配を通って落ちると、それらは加熱されて水蒸気を放出し、ますます濃縮されます。 硫酸が 300 °C を超える温度に達すると、気相で三酸化硫黄と水に分解され始めます。 三酸化硫黄は反応性が高く、二酸化硫黄と原子状酸素に分解され、微量の一酸化炭素が酸化されて二酸化炭素が形成されます。 二酸化硫黄と水蒸気は対流に乗って中層大気層から上層大気層まで上昇し、そこで硫酸に戻ります。このサイクルが繰り返されます。

ヨーロッパ

NASA のガリレオ計画からの赤外線スペクトルは、木星の衛星エウロパでの明確な吸収を示しており、これは 1 つ以上の硫酸水和物に起因すると考えられています。 硫酸を水に溶解すると、水の融点の凝固点が-63℃まで大幅に低下するため、エウロパの氷の地殻の下に液体溶液が存在する可能性が高くなります。 スペクトルの解釈にはやや疑問があります。 惑星科学者の中には、おそらくエウロパの表面にある 1 つ以上の鉱物の一部として、硫酸イオンにスペクトル特性を割り当てることを好む人もいます。

硫酸の製造

硫酸は、従来の接触プロセス (DCDA - ダブル連絡中 - 二重吸収) または湿式硫酸触媒プロセス (WSC)。

お問い合わせの流れ

S (g.) + O 2 (g.) → SO 2 (g.)

次に、酸化バナジウム(V)触媒の存在下で酸素を使用して三酸化硫黄に酸化されます。 この反応は可逆的であり、三酸化硫黄の形成は発熱反応です。

2 SO 2 (g.) + O 2 (g.) ≡ 2 SO 3 (g.) (V 2 O 5 存在下)

三酸化硫黄は 97 ～ 98% の H 2 SO 4 に吸収されて発煙硫酸 (H 2 S 2 O 7) を形成します。 発煙硫酸。 次に、発煙硫酸を水で希釈して濃硫酸を形成します。

H 2 SO 4 (l) + SO 3 (g) → H 2 S 2 O 7 (l)

H 2 S 2 O 7 (l) + H 2 O (l) → 2 H 2 SO 4 (l)

三酸化硫黄と水の反応は発熱性が高いため、SO3 を水に直接溶解することは現実的ではないことに注意してください。 この反応により、液体ではなく腐食性のエアロゾルが生成されますが、これを分離するのは非常に困難です。

SO 3 (g.) + H 2 O (l) → H 2 SO 4 (l)

硫酸湿式触媒プロセス

最初の段階では、硫黄が燃焼して二酸化硫黄が形成されます。

S(ゾル) + O 2 (g) → SO 2 (g)

あるいは、硫化水素ガス (H2S) を燃焼させて SO2 ガスにします。

2 H 2 S + 3 O 2 → 2 H 2 O + 2 SO 2 (−518 kJ/mol)

次に、酸化バナジウム(V)を触媒として酸素を使用して三酸化硫黄に酸化されます。

2 SO 2 + O 2 → 2 SO 3 (−99 kJ/mol) (反応は可逆的)

三酸化硫黄は硫酸 H 2 SO 4 中で水和されます。

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 (g) (−101 kJ/mol)

最終段階では、硫酸を縮合して 97 ～ 98% H 2 SO 4 の液体を生成します。

H 2 SO 4 (g) → H 2 SO 4 (l) (−69 kJ/mol)

その他の方法

もう 1 つの方法は、あまり研究されていないメタ重亜硫酸塩法です。この方法では、メタ重亜硫酸塩をビーカーの底に置き、それに塩酸を 12.6 モル濃度で加えます。 結果として生じるガスは硝酸中で泡立ち、茶色/赤色の煙を放出します。 反応の完了は煙の停止によって示されます。 この方法では、分離できない霧が発生しないため、非常に便利です。

硫酸は、空気中で硫黄を燃焼させ、生じたガスを過酸化水素溶液に溶解することによって、実験室で生成できます。

SO 2 + H 2 O 2 → H 2 SO 4

1900 年以前は、ほとんどの硫酸はリード チャンバー プロセスで製造されていました。 1940 年には、米国で生産される硫酸の最大 50% がリード チャンバー プロセスを通じて生産されていました。

19世紀初頭から半ばにかけて、スコットランドのプレストンパンズ、シュロップシャー、アイルランドのアントリム県のラゲンバレーなどに「ビトリオール」施設が設置され、衣類の漂白にビトリオールが使用された。 以前はリネンを牛乳で漂白していましたが、プロセスに時間がかかり、ビトリオールを使用することで漂白プロセスが迅速化されました。

硫酸の適用

硫酸は非常に重要な化学製品であり、実際、硫酸の国内生産量は工業力の良い指標となります。 2004 年の世界生産量は約 1 億 8,000 万トンで、地理的分布はアジア 35%、北米 (メキシコを含む) 24%、アフリカ 11%、西ヨーロッパ 10%、東ヨーロッパとロシア 10%、オーストラリアとオセアニア 7%、南米は7%。 この量の大部分 (約 60%) は肥料、特に過リン酸塩、リン酸アンモニウム、硫酸アンモニウムに使用されます。 約20％は、洗剤、合成樹脂、染料、医薬品、石油触媒、殺虫剤、不凍液の製造のための化学工業で、また油井の酸性化、アルミニウム回収、紙のサイジング、水処理などのさまざまなプロセスで使用されます。 使用量の約 6% は、塗料、エナメル、染料インク、布地、コート紙などの顔料です。 残りは、爆薬、セロハン、アセテート、レーヨン生地、潤滑剤、非鉄金属、電池の製造など、さまざまな用途に当てられています。

化学薬品の工業生産

硫酸は主に、リン酸肥料の製造に使用されるリン酸を製造する「湿式法」で使用されます。 この方法では、年間1億トン以上が処理されるリン鉱石を使用します。 この原料は以下にフルオロアパタイトとして示されていますが、正確な組成は異なる場合があります。 93% 硫酸で処理すると、硫酸カルシウム、フッ化水素 (HF)、リン酸が生成されます。 HFはフッ化水素酸と同様に除去されます。 プロセス全体は次のように表すことができます。

Ca 5 F(PO 4) 3 + 5 H 2 SO 4 + 10 H 2 O → 5 CaSO 4 2 H 2 O + HF + 3 H 3 PO 4

重要な窒素肥料である硫酸アンモニウムは、ほとんどの場合、製鉄所や製鋼所に供給されるコークス炉からの副産物として生成されます。 石炭の熱分解で生成されるアンモニアと廃硫酸を反応させると、アンモニアが塩として結晶化して（鉄汚染により茶色になることが多い）、農薬産業に販売されます。

硫酸のもう 1 つの重要な用途は、製紙ミョウバンとしても知られる硫酸アルミニウムの製造です。 パルプ繊維上で少量の石鹸と反応してゼラチン状のカルボン酸アルミニウムを生成し、セルロース繊維を凝固させて硬い紙の表面を作るのに役立ちます。 また、水酸化アルミニウムの製造にも使用され、水処理施設で下水をろ過したり、水の味を改善したりするために使用されます。 硫酸アルミニウムは、ボーキサイトと硫酸を反応させることによって生成されます。

Al 2 O 3 + 3 H 2 SO 4 → Al 2 (SO 4) 3 + 3 H 2 O

硫酸は染料溶液の製造にも重要です。

硫黄ヨウ素サイクル

硫黄-ヨウ素サイクルは、水素を生成するために使用される一連の熱化学プロセスです。 これは 3 つの化学反応で構成され、ネットワーク反応物質は水、ネットワーク生成物は水素と酸素です。

硫黄とヨウ素の化合物は回収されて再利用されるため、このプロセスはサイクルとして考慮されます。 この吸熱プロセスは高温で発生する必要があるため、エネルギーは熱の形で供給される必要があります。

硫黄ヨウ素サイクルは、水素ベースの経済のために水素を供給する方法として提案されています。 最新の水蒸気改質法のような炭化水素は必要ありません。 ただし、この方法で生成される水素の利用可能なエネルギーはすべて、水素の生成に使用される熱によって提供されることに注意する必要があります。

硫黄ヨウ素サイクルは現在、水素製造の可能性のある方法として研究されていますが、プロセスが大規模に構築される場合、高温の濃腐食性酸は克服できない安全上のリスクをもたらします。

工業用洗浄剤

硫酸は、自動車および重要な計装産業で使用するために販売前に圧延板やビレットから酸化、腐食、スケールを除去するために鉄鋼産業で大量に使用されます。 使用済みの酸は、多くの場合、廃酸回収 (WAR) プラントを使用して再処理されます。 これらのプラントでは、天然ガス、製油所ガス、重油、またはその他の燃料源を使用して廃酸を燃焼させます。 この燃焼プロセスでは二酸化硫黄 (SO 2 ) と三酸化硫黄 (SO 3 ) ガスが生成され、これらのガスは「新しい」硫酸の生成に使用されます。 ROC ユニットは、劣化した酸の廃棄や新しい酸の購入にかかる繰り返しコストよりもはるかに安価であるため、硫酸を大量に消費する金属製錬所、石油精製所、その他の産業で一般的に組み込まれています。

触媒

硫酸は化学産業でさまざまな目的に使用されます。 例えば、これはシクロヘキサノンオキシムをカプロラクタムに変換するための一般的な酸触媒であり、ナイロンの製造に使用されます。 マンハイム法により塩から塩酸を製造するために使用されます。 H 2 SO 4 は石油精製において重要な用途があり、たとえばイソブタンとイソブチレンを反応させてガソリンのオクタン価を高める化合物であるイソオクタンを形成するための触媒として使用されます。

電解質

硫酸は、鉛酸 (自動車) バッテリー (鉛酸バッテリー) の触媒として機能します。

陽極では：

Pb + SO 4 2- ⇌ PbSO 4 + 2 e -

カソードでは:

PbO 2 + 4 H + + SO 4 2- + 2 e - ⇌ PbSO 4 + 2 H 2 O

Pb + PbO 2 + 4 H + + 2 SO 4 2- ⇌ 2 PbSO 4 + 2 H 2 O

日常生活での使用

濃硫酸は、グリース、髪の毛、包装紙などを除去するために使用される酸性排水管クリーナーの主成分であることがよくあります。 アルカリ性オプションと同様に、これらの排水管クリーナーは加水分解によって脂肪やタンパク質を溶解します。 また、濃硫酸は脱水力が強いため、脱水工程によって包装紙も溶解してしまいます。 酸は水と激しく反応する可能性があるため、このような酸性の排水管洗浄剤は、洗浄のためにパイプにゆっくりと追加する必要があります。

健康

硫酸およびスルホン化フェノール樹脂は、再発性アフタ性口内炎 (壊疽性潰瘍) の治療や、壊死組織の管理された集中的なデブリードマンを必要とする口腔処置に使用される液体局所であるデバクテロールの主成分です。

硫酸の安全性

実験室での危険性

硫酸は危険な腐食性があり、重度の火傷を引き起こす可能性があります。 他の腐食性の強酸や強アルカリとともに、アミド加水分解やエステル加水分解により生体組織内のタンパク質や脂肪を急速に分解し、化学火傷を引き起こします。 さらに、炭化水素を脱水素化する脱水特性も示し、過剰な熱を発生させ、化学火傷に加えて二次的な熱傷を引き起こします。 このため、硫酸によって引き起こされる損傷は、硫酸や硝酸など、実験室で見られる他の多くの同等の強酸によって引き起こされる損傷よりも潜在的により危険または深刻です。 目に入るとすぐに角膜を攻撃し、永久的な失明を引き起こします。 さらに、内臓に不可逆的な破壊を引き起こす可能性があり、飲み込むと死に至る可能性があります。 硫酸を輸送するときは、常に保護具を使用する必要があります。 さらに、この強力な酸化剤は高濃度では多くの金属を腐食させるため、保管には注意が必要です。

より高濃度の硫酸製剤を使用するほど危険性は高くなります。 1.5 M 以上の溶液には「腐食性」というラベルが付けられ、0.5 M を超え 1.5 M 未満の溶液には「刺激性」というラベルが付けられます。 ただし、実験室での通常の「薄い」レベル (約 1 M、10%) であっても、十分な時間接触したままにしておくと、脱水によって紙が焦げてしまいます。

皮膚に酸がこぼれた場合の標準的な応急処置は、他の腐食性物質と同様に、大量の水で洗い流すことです。 酸による熱傷の周囲の組織を冷やし、二次的な損傷を防ぐために、洗浄は少なくとも 10 ～ 15 分間続けられます。 汚染された衣類は直ちに脱がされ、その下の皮膚は徹底的に洗浄されます。

液化酸製剤は、液化プロセス中に発生する熱により危険な場合もあります。 濃硫酸は、水の比較的高い熱容量を利用するために、その逆ではなく、常に水に添加されます。 濃硫酸に水を加えると、硫酸エアロゾルが拡散したり、最悪の場合は爆発を引き起こしたりすることがあります。 6 M (35%) を超える濃度の溶液の調製は、発生する熱が液化酸を沸騰させるのに十分である可能性があるため、最も危険です。効果的な機械的撹拌と外部冷却 (氷浴など) が必要です。

実験室規模では、脱イオン水から砕いた氷に濃酸を注ぐことによって硫酸を溶解できます。 氷は吸熱過程で溶け、同時に酸も溶解します。 このプロセスで氷を溶かすのに必要な熱量は、酸を溶かすことで発生する熱量よりも大きいため、溶液は冷たいままです。 氷が溶けると、水を使用するとさらに液化が起こる可能性があります。

純粋な硫酸は、ガラス容器またはボトルに安全に保管する必要があります。

産業上の危険性

硫酸は引火性ではありませんが、こぼれた場合に金属と接触すると水素ガスが発生する可能性があります。 酸性エアロゾルと二酸化硫黄ガスの拡散は、硫酸に関連するさらなる火災の危険性があります。

この酸によって引き起こされる主な職業上の危険は、火傷につながる皮膚接触 (上記参照) とエアロゾルの吸入です。 高濃度のエアロゾルに曝露すると、目、気道、粘膜に直ちに重篤な刺激が生じます。これは曝露後すぐに解消しますが、組織損傷がより深刻な場合には、その後の肺水腫のリスクがあります。 低濃度では、硫酸エアロゾルへの慢性曝露で最も一般的に報告されている症状は虫歯であり、これはほとんどすべての研究で認められていますが、1997 年のデータによれば、慢性気道損傷の可能性に関する証拠は決定的ではありません。米国では、許容曝露限界 (PEL) ) 硫酸の場合は 1 mg /m3 に固定されています。他の国の制限も同様です。 硫酸の吸収が亜急性複合変性を伴うビタミン B12 欠乏症を引き起こすという報告があります。 このような場合、最も多くの場合脊髄が影響を受けますが、視神経には脱髄、軸索喪失、神経膠症が見られる場合があります。

法的制限

硫酸の国際販売は、1988 年の麻薬および向精神薬の不法取引に対する国連条約によって規制されており、硫黄は麻薬および向精神薬の違法製造に頻繁に使用される化学物質として同条約の表 II に記載されています。

米国では、硫酸は化学妨害法および禁制品取引法に従って定められた必須化学物質または親化学物質のリストのスケジュール II に含まれています。 したがって、硫酸の販売、移動、米国からの輸出および米国への輸入などの取引は、米国麻薬取締局による規制と監視の対象となります。

酸は、SO4、SO3、PO4 など、水素原子と酸性残基からなる化合物です。それらには無機と有機があります。 最初のものには、塩酸、リン酸、硫化物、硝酸、硫酸が含まれます。 2番目には酢酸、パルミチン酸、ギ酸、ステアリン酸などが含まれます。

硫酸とは

この酸は 2 つの水素原子と酸性残基 SO4 から構成されます。 式はH2SO4です。

硫酸、または硫酸酸とも呼ばれるは、無機の酸素含有二塩基酸を指します。 この物質は最も攻撃的で化学的に活性な物質の 1 つと考えられています。 ほとんどの化学反応において、酸化剤として作用します。 この酸は濃縮または希釈した形で使用できますが、その場合は化学的性質がわずかに異なります。

物理的特性

通常の状態の硫酸は液体で、沸点は約 279.6 ℃、固体結晶になるときの凝固点は 100% の場合は約 -10 ℃、95% の場合は約 -20 ℃です。

純粋な 100% 硫酸は、無臭、無色の油状の液体物質で、水のほぼ 2 倍の密度 (1840 kg/m3) を持っています。

硫酸の化学的性質

硫酸は金属、その酸化物、水酸化物、塩と反応します。 さまざまな割合で水で希釈すると、硫酸の挙動が異なる場合があるため、硫酸の濃溶液と弱溶液の特性を別々に詳しく見てみましょう。

濃硫酸溶液

少なくとも 90% の硫酸を含む溶液は濃縮されたものとみなされます。 このような硫酸溶液は、非金属、水酸化物、酸化物、塩と同様に、活性の低い金属とさえ反応することができます。 このような硫酸溶液の性質は、濃硝酸の性質と似ています。

金属との相互作用

硫酸の濃縮溶液と、電気化学的電圧系列の金属 (つまり、最も活性の高い金属ではない金属) の水素の右側に位置する金属との化学反応中に、次の物質が形成されます。水と二酸化硫黄の相互作用が起こります。 リストされた物質が形成される相互作用の結果としての金属には、銅 (銅)、水銀、ビスマス、銀 (アルゲンタム)、プラチナ、金 (金) が含まれます。

不活性金属との相互作用

電圧系列において水素の左側に金属がある場合、濃硫酸はわずかに異なる動作をします。 この化学反応の結果、特定の金属の硫酸塩、硫化水素または純硫黄、および水という物質が形成されます。 同様の反応が起こる金属には、鉄 (フェルム)、マグネシウム、マンガン、ベリリウム、リチウム、バリウム、カルシウム、およびアルミニウム、クロム、ニッケル、チタンを除く、水素の左側の電圧系列にあるその他すべての金属も含まれます。濃硫酸はそれらと相互作用しません。

非金属との相互作用

この物質は強力な酸化剤であるため、炭素（炭素）や硫黄などの非金属との酸化還元化学反応に参加することができます。 このような反応の結果として、必然的に水が放出されます。 この物質が炭素に添加されると、二酸化炭素と二酸化硫黄も放出されます。 そして、硫黄に酸を加えると、二酸化硫黄と水だけが得られます。 このような化学反応において、硫酸酸は酸化剤の役割を果たします。

有機物質との相互作用

硫酸と有機物との反応のうち、炭化は区別できます。 このプロセスは、この物質が紙、砂糖、繊維、木材などと衝突するときに起こります。この場合、いずれの場合も炭素が放出されます。 反応中に形成される炭素は、硫酸が過剰である場合、硫酸と部分的に反応する可能性があります。 写真は砂糖と中濃度の硫酸溶液の反応を示しています。

塩との反応

また、H2SO4 の濃縮溶液は乾燥塩と反応します。 この場合、標準的な交換反応が起こり、塩構造中に存在していた金属硫酸塩と、塩中に存在していた残基を有する酸が形成されます。 ただし、濃硫酸は食塩水とは反応しません。

他の物質との相互作用

また、この物質は金属酸化物およびその水酸化物と反応する可能性があり、この場合交換反応が起こり、最初に金属硫酸塩と水が放出され、2番目に同じです。

硫酸弱溶液の化学的性質

希硫酸は多くの物質と反応し、すべての酸と同じ性質を持ちます。 濃縮金属とは異なり、活性金属、つまり電圧系列で水素の左側にある金属とのみ相互作用します。 この場合も他の酸の場合と同様の置換反応が起こります。 これにより水素が放出されます。 また、そのような酸性溶液は塩溶液と相互作用し、その結果、すでに上で論じたように、酸化物との交換反応（濃縮されたものと同様、水酸化物との交換反応も同様）が生じる。 通常の硫酸塩に加えて、水酸化物と硫酸の相互作用の生成物であるヒドロ硫酸塩もあります。

溶液に硫酸または硫酸塩が含まれているかどうかを見分ける方法

これらの物質が溶液中に存在するかどうかを判断するには、硫酸イオンに対する特別な定性反応が使用され、それを調べることが可能になります。 バリウムまたはその化合物を溶液に添加することから成ります。 これにより、白い沈殿物 (硫酸バリウム) が生じる場合があり、これは硫酸塩または硫酸の存在を示します。

硫酸はどのようにして作られるのでしょうか？

この物質を工業的に生産する最も一般的な方法は、黄鉄鉱からの抽出です。 このプロセスは 3 つの段階で発生し、それぞれに特定の化学反応が含まれます。 それらを見てみましょう。 まず、黄鉄鉱に酸素が加えられ、酸化鉄と二酸化硫黄が形成され、これがさらなる反応に使用されます。 この相互作用は高温で発生します。 次に、酸化バナジウムという触媒の存在下で酸素を加えて三酸化硫黄を得る段階です。 さて、最終段階ではこれに水を加えて硫酸を得る。 これは硫酸を工業的に抽出する最も一般的なプロセスであり、黄鉄鉱がこの記事で説明する物質の合成に適した最も入手しやすい原料であるため、最も頻繁に使用されます。 このプロセスで得られた硫酸は、化学分野だけでなく、石油精製や選鉱など、さまざまな産業分野で使用されます。その用途は、多くの合成繊維の製造技術でも提供されることがよくあります。 。

レブダ市では、硫酸を積んだ馬車15台が脱線した。 貨物はスレドネウラリスク銅精錬所のものでした。

緊急事態は2013年に鉄道の線路で発生した。 酸は1000平方キロメートルの範囲に流出した。

これは、試薬に対する実業界のニーズの大きさを示しています。 たとえば中世では、硫酸は年間わずか数十リットルしか必要ありませんでした。

21 世紀には、この物質の世界的な年間生産量は数千万トンになっています。 各国の化学産業の発展は、生産量と使用量によって判断されます。 したがって、試薬は注目に値します。 物質の性質から説明を始めましょう。

硫酸の性質

対外的には100パーセント 硫酸- 油状の液体。 無色で重く、吸湿性が非常に高いです。

これは、その物質が大気から水蒸気を吸収することを意味します。 同時に酸は熱を発生します。

したがって、水を少量ずつ濃縮した物質に添加します。 一気に大量に注ぐと酸の飛沫が飛びます。

生体組織を含む物質を腐食する能力を考慮すると、状況は危険です。

濃硫酸試薬が40％以上含まれている溶液をいいます。 これは、 を溶解することができます。

硫酸溶液最大40％ - 濃縮されていないため、化学的に異なる形で現れます。 水をすぐに加えることができます。

パラジウムは溶解しませんが、分解します。 しかし、3 つの金属はすべて酸濃縮物の影響を受けません。

見てみると 硫酸溶液水素の上流で活性金属と反応します。

飽和物質は不活性物質とも相互作用します。 例外は貴金属です。 なぜ精鉱は鉄や銅に「接触」しないのでしょうか?

その理由は、不動態化にあります。 これは、金属を酸化物の保護膜でコーティングするプロセスです。

これは、通常の条件下でのみではありますが、表面の溶解を防ぐものです。 加熱すると反応が起こります。

希硫酸油というより水に近い。 濃縮物は、粘度や密度だけでなく、空気中の物質から出る煙によっても区別できます。

残念なことに、シチリア島のデッド湖の酸含有量は 40% 未満です。 貯水池の外観からは危険であるとはわかりません。

しかし、地殻の岩石で形成された危険な試薬が底からにじみ出ています。 原料としては、例えば、

この鉱物は硫黄とも呼ばれます。 空気や水と接触すると、2価と3価の鉄に分解します。

2番目の反応生成物は、 硫酸。 式ヒロインはそれぞれ： - H 2 SO 3。 特有の色や匂いはありません。

無知からシチリアの死の湖の水に数分間手を浸しただけで、人々は権利を奪われます。

貯水池の腐食性を考慮して、地元の犯罪者が貯水池に死体を遺棄し始めた。 数日経っても有機物はまったく残りません。

多くの場合、硫酸と有機物との反応生成物が生成されます。 この試薬は水を有機物から分離します。 そこに炭素が残るのです。

その結果、「生」の木材から燃料を得ることができます。 人間の組織も例外ではありません。 しかし、これはすでにホラー映画のプロットです。

有機物を加工して得られる燃料の品質は低い。 反応中の酸は酸化剤ですが、還元剤になることもあります。

この物質は、例えばハロゲンと相互作用することによって後者の役割を果たします。 これらは周期表の第 17 族の元素です。

これらすべての物質自体は強力な還元剤ではありません。 酸がそれらと接触すると、酸化剤としてのみ作用します。

例: - 硫化水素との反応。 硫酸自体はどのような反応で生成されますか?また、硫酸はどのように採掘され、生産されるのでしょうか?

硫酸の製造

過去何世紀にもわたって、この試薬は黄鉄鉱と呼ばれる鉄鉱石だけでなく、硫酸鉄やミョウバンからも抽出されてきました。

後者の概念は、二重硫酸塩結晶水和物を隠します。

原則として、記載されている鉱物はすべて硫黄を含む原料であるため、以下の用途に使用できます。 硫酸の生産そして現代でも。

鉱物ベースは異なる場合がありますが、その処理の結果は同じです-式SO 2の無水硫酸塩です。 酸素との反応によって形成されます。 ベースを燃やす必要があることがわかりました。

得られた硬石膏は水に吸収されます。 反応式は、SO 2 +1/2O 2 +H 2) -àH 2 SO 4 です。 ご覧のとおり、このプロセスには酸素が関与しています。

通常の条件下では、二酸化硫黄はゆっくりと反応します。 したがって、実業家は触媒を使用して原料を酸化します。

この方法をコンタクトといいます。 亜硝酸によるアプローチもあります。 これが酸化物による酸化です。

この試薬とその製造についての最初の言及は、940 年に遡る著作に記載されています。

これらは、アブベカー・アル・ラジという名前のペルシアの錬金術師の一人のメモです。 しかし、ジャファル・アル・スーフィーはミョウバンをか焼することによって得られる酸性ガスについても話した。

このアラブの錬金術師は 8 世紀に生きていました。 しかし、記録から判断すると、私は硫酸を純粋な形で受け取ったわけではありません。

硫酸の適用

酸の 40% 以上が鉱物肥料の製造に使用されます。 過リン酸塩、硫酸アンモニウム、アンモホスが使用されます。

これらはすべて、農家や大規模生産者が依存している複雑なサプリメントです。

一水和物は肥料に添加されます。 これは純粋な100パーセントの酸です。 摂氏10度ですでに結晶化します。

溶液を使用する場合は、65 パーセントの溶液を使用します。 これは、例えば、鉱物から得られる過リン酸塩に添加されます。

わずか 1 トンの肥料を生産するには、600 キロの酸濃縮物が必要です。

硫酸の約 30% は炭化水素の精製に費やされます。 この試薬は潤滑油、灯油、パラフィンの品質を向上させます。

これらには、鉱物油や脂肪が含まれます。 また、硫黄濃縮物を使用して洗浄されます。

この試薬の金属を溶解する能力は、鉱石の処理に使用されます。 それらの分解は酸自体と同じくらい安価です。

鉄を溶かさなければ、鉄を含む鉄も溶けません。 これは、高価なものではなく、それから作られた機器を使用できることを意味します。

同じく鉄をベースにして作られた安価なものでも機能します。 硫酸を使用して抽出された溶解金属については、次のものが得られます。

この酸は大気から水を吸収する能力があるため、この試薬は優れた乾燥剤になります。

空気が 95 パーセントの溶液にさらされた場合、残留水分は、乾燥中のガス 1 リットルあたりわずか 0.003 ミリグラムの水蒸気になります。 この方法は研究室や工業生産で使用されます。

純粋な物質だけでなく、その化合物の役割にも注目する価値があります。 それらは主に医療に役立ちます。

たとえば、バリウム粥は X 線をブロックします。 医師はこの物質を中空臓器に充填し、放射線科医による検査を容易にします。 バリウム粥の配合: - BaSO 4。

ちなみに、天然には硫酸も含まれており、医師も必要としますが、骨折を固定するために必要です。

この鉱物は、装飾仕上げだけでなく、結合材や固定材として使用する建築業者にも必要です。

硫酸価格

価格試薬に優れていることが人気の理由の 1 つです。 工業用硫酸 1 キログラムはわずか 7 ルーブルで購入できます。

たとえば、ロストフ・ナ・ドヌのある企業の経営者は、自社の製品にこれだけの金額を求めています。 37キロのキャニスターに瓶詰めされています。

これは標準的な容器の容量です。 35キログラムと36キログラムのキャニスターもあります。

硫酸を購入するバッテリープランなどの特殊なプランは少し高価です。

36キログラムのキャニスターの場合、通常は2,000ルーブルを要求します。 ちなみに、試薬の別の応用分野は次のとおりです。

蒸留水で希釈した酸が電解質であることは周知の事実です。 通常のバッテリーだけでなく、車のバッテリーにも必要です。

硫酸が消費され、軽い水が放出されるため、それらは排出されます。 電解質の密度が低下するため、電解質の効率が低下します。

酸化還元プロセスでは、二酸化硫黄は酸化剤にも還元剤にもなり得ます。これは、この化合物の原子が +4 の中間酸化状態を持っているためです。

SO 2 が次のような強力な還元剤とどのように反応するか:

SO 2 + 2H 2 S = 3S↓ + 2H 2 O

還元剤 SO 2 は、例えば触媒の存在下などにより、より強力な酸化剤とどのように反応しますか?

2SO2 + O2 = 2SO3

SO 2 + Cl 2 + 2H 2 O = H 2 SO 3 + 2HCl

レシート

1) 硫黄が燃焼すると二酸化硫黄が生成されます。

2) 工業的には、黄鉄鉱を焙焼することによって得られます。

3) 実験室では、二酸化硫黄を入手できます。

Cu + 2H 2 SO 4 = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

応用

二酸化硫黄は、繊維産業でさまざまな製品を漂白するために広く使用されています。 さらに、農業では、温室や地下室の有害な微生物を破壊するために使用されます。 硫酸の製造には大量の SO 2 が使用されます。

硫黄酸化​​物（VI) – それで 3 (無水硫酸)

無水硫酸 SO 3 は無色の液体で、17℃以下の温度では白色の結晶塊に変わります。 水分をよく吸収します（吸湿性）。

化学的特性

酸塩基特性

典型的な酸酸化物である無水硫酸はどのように反応するか:

SO 3 + CaO = CaSO 4

c) 水の場合:

SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4

SO 3 の特別な特性は、硫酸によく溶解する能力です。 SO 3 の硫酸溶液は発煙硫酸と呼ばれます。

発煙硫酸の生成: H 2 SO 4 + n SO 3 = H 2 SO 4 ∙ n SO3

酸化還元特性

酸化硫黄 (VI) は、強い酸化特性 (通常は SO 2 に還元される) によって特徴付けられます。

3SO3 + H2S = 4SO2 + H2O

受け取りと使用

無水硫酸は、二酸化硫黄の酸化によって生成されます。

2SO2 + O2 = 2SO3

純粋な形では、無水硫酸には実用的な意味はありません。 硫酸の製造における中間生成物として得られます。

H2SO4

硫酸についての言及は、アラブとヨーロッパの錬金術師の間で最初に見られます。 硫酸鉄 (FeSO 4 ∙ 7H 2 O) を空気中で焼成することによって得られます: 2FeSO 4 = Fe 2 O 3 + SO 3 + SO 2、または次の混合物: 6KNO 3 + 5S = 3K 2 SO 4 + 2SO 3 + 3N ２、放出された無水硫酸蒸気は凝縮する。 水分を吸収すると発煙硫酸になります。 調製方法に応じて、H 2 SO 4 はビトリオール油または硫黄油と呼ばれました。 1595 年、錬金術師のアンドレアス リーバヴィウスは両方の物質の正体を証明しました。

長い間、ビトリオールの油は広く使用されていませんでした。 18世紀以降、それへの関心は大幅に高まりました。 インディゴから安定な青色染料であるインジゴカルミンを得るプロセスが発見された。 最初の硫酸製造工場は 1736 年にロンドン近郊に設立されました。このプロセスは鉛製の部屋で行われ、その底には水が注がれていました。 硝石と硫黄の溶融混合物がチャンバーの上部で燃焼され、次に空気がそこに導入されました。 必要な濃度の酸が容器の底に形成されるまで、この手順を繰り返しました。

19世紀に この方法は改良され、硝石の代わりに硝酸（室内で分解すると硝酸が得られる）を使い始めた。 亜窒素ガスをシステムに戻すために特別な塔が建設され、これがプロセス全体にタワープロセスという名前を与えました。 タワー方式で稼働する工場は今も残っています。

硫酸は重油状の液体で、無色無臭で吸湿性があります。 水によく溶けます。 濃硫酸が水に溶解すると大量の熱が発生するため、濃硫酸を注意深く水に注ぎ（逆は厳禁です！）、溶液を混合する必要があります。

H 2 SO 4 含有量が 70% 未満の硫酸水溶液は通常希硫酸と呼ばれ、70% を超える溶液は濃硫酸と呼ばれます。

化学的特性

酸塩基特性

希硫酸は、強酸の特徴をすべて示します。 彼女はこう反応します。

H 2 SO 4 + NaOH = Na 2 SO 4 + 2H 2 O

H 2 SO 4 + BaCl 2 = BaSO 4 ↓ + 2HCl

Ba 2+ イオンと SO 4 2+ 硫酸イオンの相互作用のプロセスにより、白色の不溶性沈殿物 BaSO 4 が形成されます。 これ 硫酸イオンに対する定性反応.

酸化還元特性

希Ｈ ２ ＳＯ ４ では酸化剤はＨ ＋ イオンであり、濃Ｈ ２ ＳＯ ４ では酸化剤はＳＯ ４ ２＋ 硫酸イオンである。 SO 4 2+ イオンは、H + イオンよりも強力な酸化剤です (図を参照)。

で 希硫酸電気化学的電圧系列にある金属は溶解します 水素に。 この場合、金属硫酸塩が形成され、以下が放出されます。

Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2

電気化学的電圧系列において水素の後に位置する金属は、希硫酸と反応しません。

Cu + H 2 SO 4 ≠

濃硫酸特に加熱すると強力な酸化剤です。 それは多くの、そしていくつかの有機物質を酸化します。

濃硫酸が電気化学的電圧系列で水素の後に位置する金属 (Cu、Ag、Hg) と相互作用すると、硫酸の還元生成物である SO 2 だけでなく、金属硫酸塩も形成されます。

より活性な金属 (Zn、Al、Mg) を使用すると、濃硫酸を遊離硫酸に還元できます。 たとえば、硫酸が反応すると、酸の濃度に応じて、硫酸のさまざまな還元生成物 (SO 2、S、H 2 S) が同時に形成されます。

Zn + 2H 2 SO 4 = ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

3Zn + 4H 2 SO 4 = 3ZnSO 4 + S↓ + 4H 2 O

4Zn + 5H 2 SO 4 = 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O

低温では、濃硫酸は、たとえば一部の金属を不動態化するため、鉄タンクで輸送されます。

Fe + H 2 SO 4 ≠

濃硫酸は一部の非金属 (など) を酸化し、酸化硫黄 (IV) SO 2 に還元します。

S + 2H 2 SO 4 = 3SO 2 + 2H 2 O

C + 2H 2 SO 4 = 2SO 2 + CO 2 + 2H 2 O

受け取りと使用

工業的には、硫酸は接触法によって製造されます。 取得プロセスは 3 つの段階で行われます。

1. 黄鉄鉱を焙焼してSO 2 を得る:

4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2

1. 触媒の存在下での SO 2 から SO 3 への酸化 – バナジウム (V) 酸化物:

2SO2 + O2 = 2SO3

1. SO 3 の硫酸への溶解:

H2SO4+ n SO 3 = H 2 SO 4 ∙ n SO3

得られた発煙硫酸は鉄タンクに入れて輸送されます。 発煙硫酸を水に添加すると、必要な濃度の硫酸が得られます。 これは次の図で表すことができます。

H2SO4・ n SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4

硫酸は、国民経済の幅広い分野でさまざまな用途に使用されています。 ガスの乾燥、他の酸の製造、肥料、さまざまな染料、医薬品の製造に使用されます。

硫酸塩

ほとんどの硫酸塩は水によく溶けます（CaSO 4 はわずかに溶けますが、PbSO 4 はさらに溶けにくく、BaSO 4 はほとんど溶けません）。 結晶水を含む一部の硫酸塩はビトリオールと呼ばれます。

CuSO 4 ・ 5H 2 O 硫酸銅

FeSO 4 ・ 7H 2 O 硫酸鉄

誰もが硫酸の塩を持っています。 熱との関係は特別です。

活性金属の硫酸塩（、）は 1000℃でも分解しませんが、その他の金属（Cu、Al、Fe）はわずかな加熱で金属酸化物と SO 3 に分解します。

CuSO 4 = CuO + SO 3

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※記録画像は硫酸銅の写真です

硫酸 (H2SO4) は人類に知られている中で最も苛性酸の 1 つであり、特に濃縮された形では危険な試薬です。 化学的に純粋な硫酸は、無色無臭の油状の粘稠度を有する重有毒液体です。 二酸化硫黄 (SO2) の接触酸化によって得られます。

+ 10.5 °Cの温度では、硫酸は凍結したガラス質の結晶塊に変わり、スポンジのように貪欲に環境から水分を吸収します。 工業および化学において、硫酸は主要な化合物の 1 つであり、トン単位の生産量で主導的な地位を占めています。 これが、硫酸が「化学の血液」と呼ばれる理由です。 硫酸の助けを借りて、肥料、医薬品、その他の酸、大量の肥料などが得られます。

硫酸の基本的な物理的および化学的性質

1. 純粋な形 (式 H2SO4) の硫酸は、濃度 100% で、無色の濃厚な液体です。 H2SO4 の最も重要な特性は、その高い吸湿性、つまり空気から水を除去する能力です。 このプロセスには大規模な熱の放出が伴います。
2. H2SO4は強酸です。
3. 硫酸は一水和物と呼ばれ、1 モルの SO3 あたり 1 モルの H2O (水) が含まれています。 その優れた吸湿特性により、ガスから水分を抽出するために使用されます。
4. 沸点 – 330 °C。 この場合、酸は SO3 と水に分解します。 密度 – 1.84。 融点 – 10.3 °C/。
5. 濃硫酸は強力な酸化剤です。 酸化還元反応を開始するには、酸を加熱する必要があります。 反応の結果としてSO2が生成されます。 S+2H2SO4=3SO2+2H2O
6. 硫酸は濃度に応じて金属との反応が異なります。 希薄な状態では、硫酸は水素よりも先に電圧系列にあるすべての金属を酸化することができます。 例外は、酸化に対して最も耐性があります。 希硫酸は、塩、塩基、両性酸化物および塩基性酸化物と反応します。 濃硫酸は、銀を含む電圧シリーズのすべての金属を酸化する可能性があります。
7. 硫酸は、酸性塩 (硫酸塩) と中間塩 (硫酸塩) の 2 種類の塩を形成します。
8. H2SO4 は有機物や非金属と活発に反応し、それらの一部を石炭に変えることができます。
9. 無水硫酸はH2SO4によく溶け、この場合発煙硫酸、つまり硫酸中のSO3の溶液が形成されます。 外見的には、硫酸が発煙し、無水硫酸塩が放出されるように見えます。
10. 水溶液中の硫酸は強力な二塩基酸であり、水に添加すると大量の熱を放出します。 濃縮硫酸溶液から希硫酸溶液を調製する場合、より重い酸を少量の流れで水に添加する必要がありますが、その逆はできません。 これは、水が沸騰して酸が飛び散るのを防ぐために行われます。

濃硫酸および希硫酸

硫酸の濃溶液には、銀またはパラジウムを溶解できる 40% からの溶液が含まれます。

希硫酸には濃度が40％未満の溶液も含まれます。 これらはそれほど活性な溶液ではありませんが、真鍮や銅と反応することができます。

硫酸の調製

硫酸の工業規模での生産は 15 世紀に始まりましたが、当時は「硫酸の油」と呼ばれていました。 初期の人類が硫酸を数十リットルしか消費しなかったとしても、現代世界では年間数百万トンに達する計算になります。

硫酸の製造は工業的に行われており、そのうちの 3 つがあります。

1. 連絡方法。
2. ニトロス法
3. その他の方法

それぞれについて詳しく説明しましょう。

コンタクトの製造方法

連絡先生成方法は最も一般的であり、次のタスクを実行します。

• その結果、最大限の消費者のニーズを満たす製品が生まれます。
• 生産時の環境へのダメージが軽減されます。

接触法では、以下の物質が原料として使用されます。

• 黄鉄鉱（硫黄黄鉄鉱）;
• 硫黄;
• 酸化バナジウム（この物質は触媒として機能します）;
• 硫化水素;
• さまざまな金属の硫化物。

製造プロセスを開始する前に、原材料が事前に準備されます。 まず、特別な粉砕プラントで黄鉄鉱を粉砕します。これにより、活性物質の接触面積が増加し、反応がスピードアップします。 黄鉄鉱は浄化を受けます。黄鉄鉱は水の入った大きな容器に入れられ、その間に廃岩やあらゆる種類の不純物が表面に浮かび上がります。 プロセスの最後にそれらは削除されます。

制作部分はいくつかの段階に分かれています。

1. 粉砕後、黄鉄鉱は洗浄されて炉に送られ、最大800℃の温度で焼成されます。 逆流原理により、チャンバー内に下から空気が供給されるため、黄鉄鉱は確実に浮遊状態になります。 現在、このプロセスには数秒かかりますが、以前は起動するまでに数時間かかりました。 焙煎プロセス中に、廃棄物は酸化鉄の形で現れ、これは除去され、その後冶金産業に送られます。 焼成中、水蒸気、O2、SO2 ガスが発生します。 水蒸気や微小な不純物を除去すると、純粋な硫黄酸化物と酸素が得られます。
2. 第 2 段階では、加圧下でバナジウム触媒を使用して発熱反応が起こります。 反応は温度が 420 °C に達すると始まりますが、効率を高めるために 550 °C まで上げることもできます。 反応中に接触酸化が起こり、SO2 が SO3 になります。
3. 製造の第 3 段階の本質は次のとおりです。吸収塔での SO3 の吸収であり、その間に発煙硫酸 H2SO4 が形成されます。 この形態では、H2SO4 は特別な容器に注がれ (鋼と反応しません)、最終消費者に提供される準備が整います。

上で述べたように、製造中には大量の熱エネルギーが生成され、加熱目的に使用されます。 多くの硫酸プラントには蒸気タービンが設置されており、放出された蒸気を使用して追加の電力を生成します。

亜硝酸法による硫酸の製造法

より濃縮された純粋な硫酸と発煙硫酸を生成する接触生成法の利点にもかかわらず、亜硝酸法ではかなりの量の H2SO4 が生成されます。 特に過リン酸塩プラントでは。

H2SO4 の製造では、接触法とニトロス法の両方で出発原料は二酸化硫黄です。 特にこれらの目的のために、硫黄を燃やすか、硫黄金属を焙煎することによって得られます。

二酸化硫黄を亜硫酸に処理するには、二酸化硫黄の酸化と水の添加が含まれます。 式は次のようになります。
SO2 + 1|2 O2 + H2O = H2SO4

しかし、二酸化硫黄は酸素と直接反応しないため、亜硝酸法では窒素酸化物を使用して二酸化硫黄を酸化します。 このプロセス中に窒素の高級酸化物（二酸化窒素 NO2、三酸化窒素 NO3 について話します）は窒素酸化物 NO に還元され、その後酸素によって再び酸化されて高級酸化物になります。

亜硝酸法による硫酸の製造は、技術的には次の 2 つの方法で行われます。

• チャンバー。
• タワー。

亜硝酸法には多くの利点と欠点があります。

亜硝酸法の欠点:

• 結果は 75% の硫酸になります。
• 製品の品質が低い。
• 窒素酸化物の不完全な還元 (HNO3 の添加)。 それらの排出物は有害です。
• 酸には鉄、窒素酸化物、その他の不純物が含まれています。

亜硝酸法の利点:

• プロセスのコストが低くなります。
• SO2の100％リサイクルが可能。
• ハードウェア設計のシンプルさ。

ロシアの主な硫酸工場

我が国の H2SO4 の年間生産量は 6 桁台、約 1,000 万トンです。 ロシアにおける硫酸の主要生産者は企業であると同時に、硫酸の主要消費者でもある。 私たちは鉱物肥料の生産を活動分野とする企業について話しています。 たとえば、「バラコボ鉱物肥料」、「アンモフォス」などです。

クリミアのアルミャンスクでは、東欧最大の二酸化チタン生産会社クリミア・タイタンが操業している。 さらに、硫酸、鉱物肥料、硫酸鉄なども生産します。

多くの工場でさまざまな種類の硫酸が生産されています。 たとえば、バッテリー用硫酸は、Karabashmed、FKP Biysk Oleum Plant、Svyatogor、Slavia、Severkhimprom などで生産されています。

発煙硫酸は、UCC Shchekinoazot、FKP Biysk Oleum Plant、Ural Mining and Metallurgical Company、Kirishinefteorgsintez PA などによって生産されています。

特別な純度の硫酸は、OHC Shchekinoazot、Component-Reaktiv によって製造されます。

使用済み硫酸は、ZSS および HaloPolymer Kirovo-Chepetsk 工場で購入できます。

工業用硫酸のメーカーは、Promsintez、Khiprom、Svyatogor、Apatit、Karabashmed、Slavia、Lukoil-Permnefteorgsintez、Chelyabinsk Zinc Plant、Electrozinc などです。

黄鉄鉱が H2SO4 製造の主原料であり、これは濃縮企業の無駄であるという事実のため、その供給者はノリリスクとタルナフの濃縮工場です。

H2SO4生産における世界の主導的地位は米国と中国によって占められており、それぞれ3,000万トンと6,000万トンを占めています。

硫酸の適用範囲

世界では年間約 2 億トンの H2SO4 が消費されており、そこからさまざまな製品が生産されています。 硫酸は、工業目的での使用規模の点で、他の酸の中でも群を抜いています。

すでにご存知のとおり、硫酸は化学産業の最も重要な製品の 1 つであるため、硫酸の範囲は非常に広いです。 H2SO4 の主な使用分野は次のとおりです。

• 硫酸は鉱物肥料の製造に大量に使用され、総トン数の約 40% を消費します。 このため、H2SO4を生産する工場は肥料を生産する工場の隣に建てられます。 硫酸アンモニウム、過リン酸アンモニウムなどです。 製造中、硫酸は純粋な形 (濃度 100%) で採取されます。 1 トンのアンモホスまたは過リン酸塩を生産するには、600 リットルの H2SO4 が必要です。 これらの肥料はほとんどの場合、農業で使用されます。
• H2SO4 は爆発物の製造に使用されます。
• 石油製品の精製。 灯油、ガソリン、鉱油を得るには、硫酸を使用して炭化水素を精製する必要があります。 石油を精製して炭化水素を精製する過程で、この産業は世界の H2SO4 トン量の 30% を「消費」しています。 さらに、燃料のオクタン価は硫酸で増加し、石油生産中に井戸は処理されます。
• 冶金業界。 冶金学における硫酸は、ワイヤーや金属板からスケールや錆を除去するために、また非鉄金属の製造においてアルミニウムを復元するために使用されます。 金属表面を銅、クロム、ニッケルでコーティングする前に、表面は硫酸でエッチングされます。
• 医薬品の製造において。
• 塗料の製造において。
• 化学業界で。 H2SO4 は洗剤、エチレン、殺虫剤などの製造に使用されており、H2SO4 なしではこれらのプロセスは不可能です。
• 工業目的で使用される他の既知の酸、有機および無機化合物の製造用。

硫酸の塩とその用途

最も重要な硫酸の塩:

• 芒硝塩Na2SO4・10H2O（結晶性硫酸ナトリウム）。 その応用範囲は非常に広範囲に及びます：ガラス、ソーダの製造、獣医学および医学。
• 硫酸バリウム BaSO4 は、ゴム、紙、白色鉱物塗料の製造に使用されます。 また、胃の透視検査など医療においても欠かせないものです。 この手順では「バリウム粥」を作るために使用されます。
• 硫酸カルシウムCaSO4。 自然界では、石膏 CaSO4 2H2O および硬石膏 CaSO4 の形で存在します。 石膏CaSO4・2H2Oと硫酸カルシウムは医療や建築に使用されています。 石膏を 150 ～ 170 °C の温度に加熱すると、部分的な脱水が起こり、アラバスターとして知られる焼石膏が生成されます。 アラバスターをバッターの粘稠度になるまで水と混合すると、塊はすぐに固まり、一種の石に変わります。 アラバスターのこの特性は、建設作業で積極的に使用されており、鋳物や鋳型がアラバスターから作られています。 左官工事では結合材としてアラバスターが欠かせません。 外傷部門の患者には、アラバスターに基づいて作られた特別な固定用の硬い包帯が与えられます。
• 硫酸鉄 FeSO4 ・ 7H2O は、インクの調製、木材への含浸に使用され、農業活動でも害虫を殺すために使用されます。
• ミョウバンKCr(SO4)2・12H2O、KAl(SO4)2・12H2O等は塗料の製造や皮革工業（革のなめし）に使用されます。
• 硫酸銅CuSO4・5H2Oを直接ご存知の方も多いと思います。 これは、植物の病気や害虫と戦う農業における積極的なアシスタントです。穀物をCuSO4・5H2Oの水溶液で処理し、植物に噴霧します。 一部の鉱物塗料の調製にも使用されます。 そして日常生活では、壁のカビを取り除くために使用されます。
• 硫酸アルミニウム – 紙パルプ産業で使用されます。

希硫酸は鉛バッテリーの電解液として使用されます。 さらに、洗剤や肥料の製造にも使用されます。 しかし、ほとんどの場合、それは発煙硫酸の形で来ます - これはH2SO4中のSO3の溶液です（発煙硫酸の他の式も見つけることができます）。

驚くべき事実！ 発煙硫酸は濃硫酸よりも化学的に活性ですが、それにもかかわらず、鋼とは反応しません。 硫酸そのものよりも輸送が容易なのはこのためです。

「酸の女王」の利用範囲は実に広範囲に及び、産業界での利用方法をすべて語ることは困難です。 また、食品産業、水の浄化、爆発物の合成、その他多くの目的で乳化剤としても使用されます。

硫酸の歴史

私たちの中で、硫酸銅について一度も聞いたことがない人はいないでしょうか。 したがって、それは古代に研究され、新しい時代の始まりのいくつかの研究では、科学者はビトリオールの起源とその特性について議論しました。 ビトリオールはギリシャの医師ディオスコリデスとローマの自然探検家大プリニウスによって研究され、彼らは自分たちが行った実験について著作の中で書きました。 古代の医師イブン・シーナは、医療目的でさまざまなビトリオール物質を使用しました。 冶金学でビトリオールがどのように使用されたかは、古代ギリシャの錬金術師パノポリスのゾシマスの著作の中で議論されています。

硫酸を得る最初の方法は、カリウムミョウバンを加熱するプロセスであり、これに関する情報が 13 世紀の錬金術文献にあります。 当時、ミョウバンの組成とそのプロセスの本質は錬金術師には知られていませんでしたが、15世紀にはすでに硫酸の化学合成が意図的に研究され始めていました。 プロセスは次のとおりです。錬金術師は、硫黄と硫化アンチモン (III) の混合物 Sb2S3 を硝酸で加熱して処理しました。

中世ヨーロッパでは硫酸を「ビトリオールの油」と呼んでいましたが、その後ビトリオール酸に名前が変わりました。

17 世紀、ヨハン グラウバーは、水蒸気の存在下で硝酸カリウムと天然硫黄を燃焼させた結果、硫酸を得ました。 硝石による硫黄の酸化の結果として酸化硫黄が得られ、これが水蒸気と反応して油状の粘稠度を有する液体が得られた。 これはビトリオールの油であり、硫酸のこの名前は今日でも存在します。

18 世紀の 30 年代、ロンドンの薬剤師ウォード ジョシュアはこの反応を硫酸の工業生産に利用しましたが、中世ではその消費量は数十キログラムに限られていました。 用途は錬金術の実験、貴金属の精製、薬局などと狭いものでした。 ベルトライト塩を含む特別なマッチの製造には、少量の濃硫酸が使用されました。

ビトリオール酸は 17 世紀になって初めてロシアに現れました。

イギリスのバーミンガムでは、ジョン ローバックが 1746 年に上記の硫酸製造方法を応用し、製造を開始しました。 同時に、ガラス容器よりも安価で耐久性のある大型の鉛入りチャンバーを使用しました。

この方法はほぼ 200 年間にわたって産業界でその地位を保ち、チャンバー内で 65% の硫酸が得られました。

しばらくして、イギリスのグローバーとフランスの化学者ゲイ＝リュサックがプロセス自体を改良し、濃度 78% の硫酸が得られるようになりました。 しかし、そのような酸は、例えば染料の製造には適していなかった。

19 世紀初頭に、二酸化硫黄を無水硫酸に酸化する新しい方法が発見されました。

最初は窒素酸化物を使用してこれが行われ、次に白金が触媒として使用されました。 二酸化硫黄を酸化するこれら 2 つの方法はさらに改良されました。 白金および他の触媒上での二酸化硫黄の酸化は、接触法として知られるようになりました。 そして、このガスを窒素酸化物で酸化することを亜硝酸法といい、硫酸を製造します。

英国の酢酸商人ペレグリン・フィリップスは、1831 年になって初めて酸化硫黄 (VI) と濃硫酸を製造するための経済的な方法の特許を取得しました。この方法は、その製造のための接触方法として今日世界によく知られています。

過リン酸塩の生産は 1864 年に始まりました。

19 世紀の 80 年代、ヨーロッパでは硫酸の生産量が 100 万トンに達しました。 主な生産国はドイツとイギリスで、世界の硫酸総量の72％を生産していました。

硫酸の輸送は労働集約的で責任ある仕事です。

硫酸は危険な化学物質の部類に属し、皮膚に触れると重度の火傷を引き起こします。 さらに、人間に化学中毒を引き起こす可能性があります。 輸送中に特定の規則に従わない場合、硫酸は爆発性があるため、人体と環境の両方に多大な害を及ぼす可能性があります。

硫酸は危険クラス8に割り当てられており、特別な訓練を受け訓練を受けた専門家が輸送する必要があります。 硫酸を配送するための重要な条件は、特別に開発された危険物の輸送規則に準拠することです。

道路による輸送は次の規則に従って行われます。

1. 輸送用の専用コンテナは硫酸やチタンと反応しない特殊合金鋼で作られています。 このような容器は酸化しません。 危険な硫酸は特別な硫酸薬品タンクで輸送されます。 硫酸の種類に応じて設計が異なり、輸送用に選択されます。
2. 発煙酸を輸送する場合、酸の化学的特性を維持するために必要な温度体制が維持される、特殊な等温魔法瓶タンクが使用されます。
3. 普通の酸を輸送する場合は硫酸タンクを選択します。
4. 発煙硫酸、無水硫酸、濃縮硫酸、電池用、グラバーなどの硫酸の道路輸送は、タンク、樽、コンテナなどの特別な容器で行われます。
5. 危険物の輸送は、ADR証明書を持ったドライバーのみが行うことができます。
6. 移動中は許容速度を厳守する必要があるため、移動時間に制限はありません。
7. 輸送中は、人が多く集まる場所や生産施設を通過する特別なルートが構築されます。
8. 輸送には特別な標識と危険標識を付ける必要があります。

人間に対する硫酸の危険な性質

硫酸は人体に対する危険性を高めます。 その毒性は、皮膚との直接接触だけでなく、二酸化硫黄が放出される蒸気を吸入した場合にも発生します。 有害な影響には次のようなものがあります。

• 呼吸器系;
• 肌;
• 粘膜。

硫酸に含まれることが多いヒ素によって、体の中毒が促進されることがあります。

重要！ ご存知のとおり、酸が皮膚に触れると重度の火傷が発生します。 硫酸蒸気による中毒も同様に危険です。 空気中の硫酸の安全量は 1 平方メートルあたりわずか 0.3 mg です。

硫酸が粘膜や皮膚に付着すると、重度の火傷が生じ、治りにくくなります。 火傷の規模が大きい場合、被害者は熱傷疾患を発症し、適切な医療が適時に提供されなければ死に至る場合もあります。

重要！ 成人の場合、硫酸の致死量は1リットルあたりわずか0.18cmです。

もちろん、日常生活の中で酸の毒性を「経験する」ことには問題があります。 ほとんどの場合、酸中毒は、溶液を扱う際の労働安全上の注意事項を無視したために発生します。

作業上の技術的問題や過失により硫酸蒸気による集団中毒が発生し、大気中への大量放出が発生することがあります。 このような状況を防ぐために、危険な酸が使用される生産施設の機能を監視する特別なサービスが運営されています。

硫酸中毒になるとどのような症状が見られますか?

酸を摂取した場合:

• 消化器官の領域の痛み。
• 吐き気と嘔吐。
• 重度の腸疾患の結果として起こる異常な排便。
• 唾液の大量分泌。
• 腎臓への毒性作用により、尿が赤くなります。
• 喉頭と喉の腫れ。 喘鳴や嗄れ声が起こります。 窒息により死亡する可能性があります。
• 歯茎に茶色の斑点が現れます。
• 肌が青くなります。

皮膚が火傷を負った場合、火傷疾患に特有のあらゆる合併症が発生する可能性があります。

蒸気中毒の場合、次のような状況が観察されます。

• 目の粘膜のやけど。
• 鼻血。
• 気道の粘膜の火傷。 この場合、被害者は激しい痛みを経験します。
• 窒息の症状を伴う喉頭の腫れ（酸素不足、皮膚が青くなる）。
• 中毒が重度の場合は、吐き気や嘔吐が起こることがあります。

知っておくことが重要です！ 摂取後の酸中毒は、蒸気の吸入による中毒よりもはるかに危険です。

硫酸損傷の応急処置と治療手順

硫酸と接触した場合は、次のようにしてください。

• まずは救急車を呼びましょう。 液体が入った場合は、温水で胃を洗い流してください。 この後、100グラムのヒマワリまたはオリーブオイルを少しずつ飲む必要があります。 さらに、氷を飲み込んだり、牛乳や焦げたマグネシアを飲んだりする必要があります。 これは硫酸の濃度を下げ、人間の状態を緩和するために行われなければなりません。
• 酸が目に入った場合は、流水で洗い流し、ジカインとノボカインの溶液を点滴する必要があります。
• 酸が皮膚についた場合は、やけどした部分を流水でよく洗い、重曹で包帯を巻いてください。 約10〜15分間洗い流す必要があります。
• 蒸気中毒の場合は、新鮮な空気の場所に出て、できるだけ早く影響を受けた粘膜を水で洗い流す必要があります。

病院での治療は、火傷の範囲と中毒の程度によって異なります。 鎮痛はノボカインのみで行われます。 患部での感染症の発症を避けるために、患者には抗生物質による治療が行われます。

胃出血の場合は、血漿または輸血が行われます。 出血源は外科的に取り除くことができます。

1. 硫酸は、100% 純粋な形で自然界に存在します。 たとえば、イタリアのシチリア島の死海では、硫酸が底から直接浸透するというユニークな現象が見られます。 何が起こるかというと、地球の地殻からの黄鉄鉱が、この場合、その形成の原料として機能します。 この場所は死の湖とも呼ばれており、昆虫さえも近くを飛ぶことを恐れています。
2. 大規模な火山噴火の後、硫酸の液滴が地球の大気中で見つかることがよくありますが、そのような場合、犯人は環境に悪影響を及ぼし、深刻な気候変動を引き起こす可能性があります。
3. 硫酸は水を積極的に吸収するため、ガス乾燥剤として使用されます。 昔は、屋内の窓の曇りを防ぐために、この酸を瓶に注ぎ、窓の開口部のガラスの間に置きました。
4. 硫酸は酸性雨の主な原因です。 酸性雨の主な原因は、水に溶けると硫酸を形成する二酸化硫黄による大気汚染です。 次に、化石燃料が燃焼すると二酸化硫黄が放出されます。 近年研究されている酸性雨では硝酸の含有量が増加しています。 この現象の理由は、二酸化硫黄の排出量の削減です。 この事実にもかかわらず、酸性雨の主な原因は依然として硫酸です。

硫酸を使った興味深い実験を集めたビデオを提供します。

砂糖に硫酸を注いだときの反応を考えてみましょう。 硫酸が砂糖と一緒にフラスコに入る最初の数秒で、混合物は黒くなります。 数秒後、物質は黒くなります。 すると、最も興味深いことが起こります。 塊は急速に成長し始め、フラスコの外に出ます。 生産量は元の体積の3〜4倍の多孔質炭に似た自慢の物質です。

ビデオの作者は、コカ・コーラと塩酸および硫酸の反応を比較することを提案しています。 コカ・コーラを塩酸と混合すると、視覚的な変化は観察されませんが、硫酸と混合すると、コカ・コーラは沸騰し始めます。

硫酸がトイレットペーパーと接触すると、興味深い相互作用が観察されます。 トイレットペーパーはセルロースでできています。 酸がセルロース分子に当たると、即座に分解されて遊離炭素が放出されます。 酸が木材に接触すると、同様の焦げが観察されます。

濃酸の入ったフラスコにカリウムの小片を加えます。 最初の 1 秒で煙が発生し、その後金属が瞬時に燃え上がり、発火、爆発し、粉々に砕けます。

次の実験では、マッチに硫酸が当たると発火します。 実験の後半では、アセトンとマッチを入れたアルミホイルを浸します。 ホイルは瞬時に加熱され、大量の煙が発生して完全に溶解します。

重曹を硫酸に添加すると、興味深い効果が観察されます。 重曹はすぐに黄色に変わります。 反応は急速に沸騰し、体積が増加しながら進行します。

上記の実験はすべて自宅で行わないことを強くお勧めします。 硫酸は非常に攻撃的で有毒な物質です。 このような実験は、強制換気を備えた特別な部屋で実行する必要があります。 硫酸との反応で発生するガスは非常に有毒で、気道の損傷や身体の中毒を引き起こす可能性があります。 さらに、皮膚や呼吸器系の個人用保護具を使用して同様の実験が行われています。 自分を大事にして下さい！