اسید سولفوریک چیست و چرا مهم است؟ اسید سولفوریک یا اسید سولفوریک نیز یکی از مفیدترین اسیدهای معدنی معدنی است و نقش مهمی در بسیاری از فرآیندهای صنعتی دارد. این ماده به عنوان پیش ساز، معرف و به عنوان کاتالیزور در ساخت بسیاری از محصولات مانند:
- کودها
- مواد منفجره
- مواد مخدر
- مواد شوینده
- رنگ ها
- رنگ می کند
- پلاستیک ها
اسید سولفوریک تعداد زیادی دارد استفاده می کند. این رایج ترین نوع اسید مورد استفاده در باتری ها است، به طور معمول در باتری های اسید سرب برای اتومبیل ها و سیستم های انرژی خورشیدی. همچنین در تصفیه فلزاتی مانند روی و مس از سنگ معدن استفاده می شود. برای بسیاری از صنایع عملاً غیرقابل تصور است که بدون اسید سولفوریک کار کنند.
تقاضای صنعتی در سطح جهانی بسیار بالا است و تخمین زده می شود که 260 میلیون تن اسید سولفوریک سالانه تولید می شوند. این حتی برای پر کردن تقریباً 100000 استخر در اندازه المپیک است. این مقدار زیادی اسید است!
معادله اسید سولفوریک چیست؟
معادله اسید سولفوریک H2SO4 است.
برای درک این معادله، ابتدا باید بدانید که چگونه تولید می شود. اساساً فرآیند ساخت این اسید شامل چهار مرحله است. این مراحل با واکنش های شیمیایی مختلف نشان داده می شوند:
- 1خیابان مرحله – استخراج گوگرد – 2PbS(s) + 3O2(g) 🡺 2PbO(ها) + 2SO2(g)
- 2nd مرحله – تبدیل گوگرد به دی اکسید گوگرد – S(s) + O2(g) 🡺 بنابراین2(g)
- 3سوم مرحله – تبدیل دی اکسید گوگرد به تری اکسید گوگرد – 2SO2(g) + O2(g) 🡸🡺 2SO3(g)
- 4هفتم مرحله – تبدیل تری اکسید گوگرد به اسید سولفوریک – SO3(g) + H2O (I) 🡺 اچ2بنابراین4(من)
به طور معمول، گوگرد از سوخت های فسیلی استخراج می شود. نفت و گاز طبیعی تصفیه نشده حاوی ترکیبات گوگردی هستند که در طی فرآیند پالایش حذف می شوند. همانطور که در اولین معادله بالا نشان داده شده است، گوگرد را می توان از سنگ معدن فلزات نیز به صورت سولفید استخراج کرد.
سپس گوگرد مذاب توسط هوای خشک در دمای 1300 درجه کلوین بلاست می شود. در این مرحله، گوگرد سوزانده شده و آن را به دی اکسید گوگرد تبدیل می کند.
در مرحله سوم، کاتالیزوری به نام اکسید وانادیوم (V) روی سیلیس برای تبدیل دی اکسید گوگرد به تری اکسید گوگرد در دمای 700 کلوین استفاده می شود.
در نهایت، تری اکسید گوگرد با اجازه دادن به واکنش با آب در دمای ثابت 400 کلوین به اسید سولفوریک تبدیل می شود.
ساختار اسید سولفوریک
از نظر ساختاری، الف مولکول اسید سولفوریککه دارای وزن مولکولی 98.079 گرم بر مول است، دارای یک اتم گوگرد مرکزی است که توسط چهار اتم اکسیژن احاطه شده است. دو اتم اکسیژن با گوگرد پیوند دوگانه دارند. دو اتم دیگر با گوگرد یک پیوند دارند اما دارای پیوندهای هیدروژنی هستند.
به خاطر اینکه دافعه جفت الکترون لایه ظرفیتی (VSEPR)، یک مدل مولکولی که هندسه اتم ها را پیش بینی می کند، اتم های اکسیژن به شکل چهار وجهی پخش می شوند. این بدان معناست که هر اکسیژن با زاویه 109.5 درجه نسبت به سایر اتم های اکسیژن پیوند دارد.
آیا اسید سولفوریک اسید قوی است؟
درست مانند سایر اسیدها، قدرت اسید سولفوریک با ثابت تفکیک اسید آن در محلول اندازه گیری می شود. این ثابت که با نماد Ka نشان داده می شود، بدون توجه به غلظت اسید تغییر نمی کند. pH ممکن است بر اساس غلظت تغییر کند اما کا تغییر نمی کند.
ثابت تفکیک اسید به عنوان تعادل واکنش شیمیایی اسید با مزدوج باز آن نیز شناخته می شود. این به طور مستقیم با نسبت بین تشکیل یون هیدرونیوم و اسید مولکولی مرتبط است. هر چه کا بزرگتر باشد، اسید قوی تر است زیرا یون های آن به طور کامل در محلول تجزیه می شوند. اسید سولفوریک دارای یک مقدار Ka 1.0 x 102. این امر اسید را در رتبه بالاتری نسبت به سایر اسیدها قرار می دهد.
در واقع اسید سولفوریک یکی از این هفت مورد است اسیدهای قوی. اسیدهای قوی دیگر عبارتند از:
- HCl – اسید کلریدریک
- HNO3 – اسید نیتریک
- HBr – اسید هیدروبرومیک
- HI – اسید هیدرویدیک
- HClO4 – اسید پرکلریک
- HClO3 – اسید کلریک
اسید سولفوریک در آن چیست؟
اگرچه اسید سولفوریک در بسیاری از فرآیندهای تولید ضروری است، اما معمولاً در بسیاری از محصولات به عنوان ماده فعال یافت نمی شود. برخی از محصولات حاوی اسید عبارتند از:
- الکترولیت باتری – اسید سولفوریک الکترولیت باتری های سرب اسیدی خودروها و سیستم های انرژی خورشیدی است.
- محصولات پاک کننده خانگی – اسید سولفوریک در حل کردن پروتئین و چربی مشابه محلول قلیایی خوب است.
- افزودنی غذایی – احتمالاً فکر نمی کنید که از یک اسید قوی و سمی به عنوان افزودنی غذایی استفاده می شود. در واقع در برخی از محصولات لبنی مانند پنیر یک عامل اسیدی است اما با غلظت بسیار کم. در اروپا به عنوان یک افزودنی غذایی با شماره E513 تایید شده است
مقدار pH اسید سولفوریک چقدر است؟
تعیین مقدار pH هر اسید به عوامل مختلفی از جمله:
- نوع اسید
- نوع حلال
- غلظت در محلول
- درجه حرارت
- فشار
pH یا در هر هیدرونیوم مقدار یک ماده در مقیاس لگاریتمی از 1 تا 14 اندازه گیری می شود. این بدان معنی است که هر مقدار نشان دهنده پایه ده است.
هر ماده خنثی مانند آب خالص دارای مقدار pH 7 است. زیر 7 اسیدی و بالاتر از 7 بازی یا قلیایی در نظر گرفته می شود. مقیاس pH نشان می دهد که چگونه یک ماده می تواند یون های هیدروژن را در یک واکنش شیمیایی اهدا یا دریافت کند.
برخلاف ثابت تفکیک، مقدار pH مستقیماً به غلظت اسید یا باز در محلول بستگی دارد. بنابراین مقدار pH اسید سولفوریک بسته به غلظت آن متفاوت است.
با این حال، تحت شرایط استاندارد از 1 میلی مول در لیتر، 25 درجه سانتیگراد و 1 فشار اتمسفر، مقدار pH اسید سولفوریک 2.75 است. این باعث می شود آن را بسیار اسیدی کند.
اسید سولفوریک کاغذ تورنسل آبی را به چه رنگی تبدیل می کند؟
کاغذ تورنسل در رنگدانه های قرمز یا آبی موجود است. حاوی رنگ هایی است که از گلسنگ ها استخراج می شود. pH را اندازه گیری نمی کند اما به اندازه کافی حساس است که با اسید یا باز واکنش نشان دهد.
اگر PH محلول 8 یا بیشتر باشد، کاغذ تورنسل قرمز آبی می شود. در همین حال، اگر سطح اسید محلول بین 4 تا 5 یا کمتر باشد، کاغذ تورنسل آبی قرمز می شود.
بسته به غلظت آن، اسید سولفوریک ممکن است رنگ کاغذ تورنسل آبی را تغییر ندهد یا ممکن است آن را به رنگ قرمز تبدیل کند.
آیا اسید سولفوریک یک عنصر است؟
اسید سولفوریک یک عنصر نیست. بلکه ترکیبی است که از دو اتم هیدروژن، یک اتم گوگرد و چهار اتم اکسیژن تشکیل شده است. هنگامی که در آب حل می شود، به یون های H تجزیه می شود3O+ و HSO4–.
آیا اسید سولفوریک محلول است؟
از نظر فنی، یک اسید تنها زمانی می تواند واکنش نشان دهد که به شکل محلول باشد. ترکیبی از اسید می تواند به شکل نمک و جامد باشد اما تقریبا همیشه ناخالصی دارد. خالص ترین شکل اسید سولفوریک دارای درجه خلوص 98 درصد با مقدار pH 0.1 است. برای ذخیره سازی در این شکل پایدارترین است.
سایر غلظت های اسید عبارتند از:
- 10٪ – اسید سولفوریک رقیق برای استفاده در آزمایشگاه (PH 1)
- 33.5٪ – اسید باتری برای باتری های سرب اسید (pH 0.5)
- 62.18٪ – محفظه یا اسید کود (PH حدود 0.4)
- 77.67٪ – اسید برج یا گلوور (pH حدود 0.25)