Применение и технологические свойства серной кислоты

Серная кислота – один из основных многотоннажных продуктов химической промышленности. Ее применяют в различных отраслях народного хозяйства, поскольку она обладает комплексом особых свойств, облегчающих ее технологическое использование. Серная кислота не дымит, не имеет цвета, запаха, при обычной температуре находится в жидком состоянии. В концентрированном виде не корродирует черные металлы. В то же время серная кислота относится к числу сильных минеральных кислот, образует многочисленные устойчивые соли и дешева.

Высокая активность серной кислоты в сочетании со сравнительно небольшой стоимостью производства предопределило большие масштабы и чрезвычайное разнообразие ее применения.

Среди минеральных кислот серная кислота по объему производства и потребления занимает первое место. Мировое производство ее составляет более 160 млн.т. в год. Области применения серной кислоты и олеума весьма разнообразны. Значительная часть ее используется в производстве минеральных удобрений (от 30 до 60%), многие кислоты (фосфорная, уксусная, соляная) и соли производятся в значительной части при помощи серной кислоты. Серная кислота широко применяется в производстве цветных и редких металлов, а также в производстве красителей (от 2 до 16%), химических волокон (от 5 до 15%) и металлургии (от 2 до 3%). Она применяется для различных технологических целей в текстильной, пищевой и других.

Безводная серная кислота (моногидрат) Н₂SО₄ представляет собой тяжелую маслянистую жидкость, которая смешивается с водой во всех соотношениях с выделением большого количества тепла. Плотность серной кислоты при 0°С равна 1.85 г/см³. Она кипит при Т = 296°С и замерзает при

–10°С. Серной кислотой называют не только моногидрат, но и водные растворы его (Н₂SО₄ + nН₂О), а также растворы серного ангидрида в моногидрате (Н₂SО₄ + nSО₃), называемые олеумом. Олеум на воздухе «дымит» вследствие десорбции из него SО₃. Чистая серная кислота бесцветна, техническая окрашена примесями в черный цвет.

Н₂SО₄ *(n-1) SО₃ Н₂SО₄ Н₂SО₄ * (m –1) Н₂О

Олеум моногидрат водная кислота

При m = n =1 это моногидрат, при m >n – водные растворы, при m<n – растворы оксида серы в моногидрате. При смешении с водой образуются гидраты состава Н₂SО₄* nН₂О; Н₂SО₄* 2Н₂О; Н₂SО₄* 4Н₂О и соединения с оксидом серы Н₂SО₄*SО₃ и Н₂SО₄* 2SО₃.

Эти гидраты и соединения с оксидом серы имеют различные температуры кристаллизации и образуют ряд эвтектик. Некоторые из этих эвтектик имеют температуру кристаллизации ниже нуля или близкие к нулю. Эти особенности растворов серной кислоты учитываются при выборе ее товарных сортов, которые по условиям производства и хранения должны иметь низкую температуру кристаллизации. Для транспортировки, применения серной кислоты большое значение имеет изменение температуры плавления и температуры ее кипения в зависимости от концентрации. При возрастании концентрации от 0% Н₂SО₄ до 64.35% SО₃(своб) последовательно образуется шесть гидратов, являющихся индивидуальными химическими соединениями, которые взаимно нерастворимы в твердом виде. В области концентраций SО₃ от 64.36% до 100% при кристаллизации образуются твердые растворы. В зимнее время при низких температурах нельзя производить и применять кислоту с концентрацией, близкой к чистому SО₃; 2SО₃ * Н₂О; SО₃ *Н₂О, так как из этих растворов могут выпадать кристаллы, которые забъют кислотопроводы между цехами, хранилища, насосы. Все товарные сорта серной кислоты имеют концентрации, близкие к эвтектическим смесям.

Пары серной кислоты при повышении температуры диссоциируют

Н₂SО₄ ↔ Н₂О +SО₃

и при температурах выше 400°С уже содержат больше молекул SО₃, чем Н₂SО₄

2Н₂SО₄ ↔2Н₂О + 2 SО₃ ↔2SО₃ + 2 Н₂О +О₂

400°С 700°С

Серная кислота весьма активна. Она растворяет оксиды металлов и большинство металлов; вытесняет при повышенной температуре все другие кислоты из солей. Она отнимает воду от других кислот, от кристаллогидратов солей. Дерево и другие растительные и животные ткани, содержащие целлюлозу, крахмал и сахар, разрушаются под действием концентрированной серной кислоты, вода связывается с кислотой и от ткани остается лишь мелкодисперсный углерод. В разбавленной кислоте целлюлоза и крахмал распадаются с образованием сахаров. При попадании на кожу человека концентрированная серная кислота вызывает ожоги.