Sieros rūgšties virimo temperatūra: savybės, gamyba ir panaudojimas

Įvadas

Sieros rūgštis (H₂SO₄) yra viena svarbiausių chemijos pramonės medžiagų, plačiai naudojama įvairiose srityse - nuo trąšų gamybos iki metalų apdirbimo. Šis straipsnis išsamiai apžvelgia sieros rūgšties savybes, gamybos būdus, panaudojimo sritis ir problemas, susijusias su jos naudojimu.

Sieros rūgšties savybės

Fizikinės savybės

Gryna sieros rūgštis yra bespalvis, bekvapis, sunkus, aliejingas skystis. Esant 10,5 °C temperatūrai, ji virsta kristalais. Gryna 100% sieros rūgštis (monohidratas) verda 339 °C temperatūroje. Parduodamoje koncentruotoje sieros rūgštyje yra apie 96% H₂SO₄, jos tankis 1,84 g/cm³. Bevandenės sieros rūgšties lydymosi temperatūra yra 10,3 °C, o virimo temperatūra - 296,2 °C, tankis - 1920 kg/m³. Sieros rūgšties vandeninis tirpalas yra azeotropinis mišinys, verdantis 336,5 °C temperatūroje.

Cheminės savybės

Sieros rūgštis pasižymi ryškiomis rūgštinėmis savybėmis. Jos tirpalas nudažo lakmusą raudonai, reaguoja su metalais, metalų oksidais, bazėmis ir druskomis, sudarydamas druskas - sulfatus ir hidrosulfatus. Reakcijos su metalais priklauso nuo rūgšties koncentracijos, temperatūros ir metalo prigimties. Karšta sieros rūgštis tirpina beveik visus metalus (išskyrus auksą, platiną ir kai kuriuos kitus) ir sudaro druskas. Koncentruota sieros rūgštis, reaguodama su cinku, gali sudaryti įvairias medžiagas: sieros vandenilį, sieros dioksidą arba laisvą sierą, priklausomai nuo reakcijos sąlygų. Koncentruota sieros rūgštis taip pat gali oksiduoti metalus, pavyzdžiui, anglį. Praskiesta sieros rūgštis reaguoja su daugeliu metalų, išskirdama vandenilį. Vario, sidabro, aukso ir platinos praskiesta sieros rūgštis neveikia.

Sąveika su vandeniu

Labai būdinga sieros rūgšties sąveika su vandeniu. Su juo ji maišosi bet kuria proporcija, o susidarant H₂SO₄•H₂O, H₂SO₄·2H₂O bei kitokiems hidratams, išsiskiria daug šilumos. Pilama į vandenį koncentruota sieros rūgštis dėl didesnio kaip vandens tankio nusėda žemyn, palaipsniui su juo susimaišydama. Indo turinys įkaista daugiau ar mažiau tolygiai ir nelabai stipriai, nes vanduo turi didelį šiluminį imlumą. Į koncentruotą sieros rūgštį pilamas vanduo, kaip lengvesnis skystis, ne sės žemyn, o prasiskverbs tik į negilius rūgšties sluoksnius. Šiluma nesklis tolygiai po visą indo turinį, o susikoncentruos vienoje vietoje, kur vanduo maišosi su rūgštimi. Dėl to tirpalas toje vietoje gali įkaisti iki virimo. Susidarantys garai gali rūgštį ištaškyti. Praskiedžiant koncentruotą sieros rūgštį vandeniu, reikia pamažu pilti rūgštį į šaltą vandenį, nuolat maišant.

Higroskopiškumas

Sieros rūgštis pasižymi savybe absorbuoti vandens garus. Todėl ji vartojama dujoms džiovinti. Chemijos laboratorijose tam tikslui dujų nuvedamasis vamzdelis iš indo, kuriame gaunamos vienos ar kitos dujos, prijungiamas prie absorbcinės stiklinės su koncentruota sieros rūgštimi. Dujos, praeidamos pro rūgštį, džiovinamos.

Taip pat skaitykite: Kopūstų auginimas ir istorija

Sąveika su organinėmis medžiagomis

Angliavandenių klasei priklausančios organinės medžiagos, pavyzdžiui, cukrinių runkelių cukrus, C₁₂H₂₂O₁₁, ir kitos, veikiamos koncentruota sieros rūgštimi, suanglėja. Šių medžiagų molekulėse vandenilio ir deguonies santykis yra toks pat, kaip ir vandens. Sieros rūgštimi veikiami krakmolas, celiuliozė netenka vandens ir suanglėja.

Sieros rūgšties gamyba

Sieros rūgštis pramonėje gaminama dviem pagrindiniais būdais: kontaktiniu ir nitroziniu.

Kontaktinis būdas

Šis būdas yra plačiau naudojamas. Jo esmė - sieros dioksido oksidacija į sieros trioksidą, kuris vėliau absorbuojamas vandenyje, sudarant sieros rūgštį.

  1. Sieros dioksido gavimas: Pirmiausia deginama sieringa žaliava, dažniausiai piritas (FeS₂):4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂Į krosnį iš viršaus kraunamas FeS₂, o iš apačios į krosnį patenka oras. Piritas ir oras juda priešpriešiais. Taip piritas geriausiai susimaišo su oru ir sudaromas geriausias šiluminis proceso režimas. Taikant priešsrovinę sistemą, piritas dega efektyviai. Geležies oksidas, Fe₂O₃, šioje reakcijoje vadinamos geležies degenomis, byra į krosnies apačią ir iš ten pašalinamas. Išeinąs iš pirito krosnies karštas sieros dioksido ir oro mišinys, užterštas įvairiomis priemaišomis, patenka į elektrinį filtrą, kur iš jo pašalinamos dulkės. Iš elektrinio filtro dujų mišinys į plovimo bokštą, iš viršaus drėkinamą praskiesta sieros rūgštimi. Plovimo bokšto vidus pripildytas molinių tuščiavidurių cilindriukų - žiedų, sustatytų vienas ant kito, kuriais padidinamas vidinis bokšto paviršius. Dėl to iš bokšto apačios patekęs dujų mišinys ilgiau liečiasi su lėtai iš viršaus tekančia sieros rūgštimi. Iš plovimo bokšto drėgnas dujų mišinys patenka į džiovinimo bokštą, kuriame dujų mišinys, taikant priešsrovinę sistemą, drėkinamas koncentruota sieros rūgštimi. Džiovinimo bokšto vidaus įrenginiai tokie pat, kaip ir plovimo.
  2. Sieros dioksido oksidacija: Išvalytas ir sausas dujų mišinys leidžiamas į kontaktinį aparatą, kuriame ant grotelinių lentynų padėtas katalizatorius (vanadžio(V) oksidas V₂O₅). Reakcija vyksta maždaug 450 °C temperatūroje:2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃Procesas, vykstąs kontaktiniame aparate, yra egzoterminis.
  3. Sieros trioksido absorbcija: Susidaręs sieros trioksidas nukreipiamas į šilumokaitį, paskui į šaldytuvą, ir į absorbcinį bokštą. Čia jis ištirpsta tekančioje priešais koncentruotoje sieros rūgštyje. Taip gaunamas oleumas, kuris vėliau skiedžiamas vandeniu iki reikiamo koncentracijos lygio. Sieros trioksidas SO₃ absorberyje reaguoja su priešpriešiais tekančiu sieros rūgštyje esančiu vandeniu:SO₃ + H₂O → H₂SO₄Kad sieros dioksido oksidacijos reakcija kontaktiniame aparate vyktų sėkmingai, dujų mišinys turi būti grynas. Net maži priemaišų pėdsakai dujų mišinyje gali nutraukti katalizinę reakciją - ,,apnuodyti” katalizatorių.

Nitrozinis būdas

Šis būdas mažiau paplitęs ir naudojamas praskiestos sieros rūgšties gamybai. Katalizatoriais naudojami azoto oksidai.

  1. Sieros dioksido gavimas: Kaip ir kontaktiniu būdu, pirmiausia deginama sieringa žaliava ir gaunamos dujos, kuriose būna maždaug 9% SO₂ ir 9-10 % O₂.
  2. Sieros dioksido oksidacija: SO₂ oksiduojamas įkrautiniuose bokštuose. Reakcija vyksta skystoje fazėje, veikiant azoto oksidams, ištirpintais sieros rūgštyje:H₂O + NO₂ + SO₂ → H₂SO₄ + NONitrozinis būdas pagal naudojamus įrenginius yra vadinamas bokštiniu. Į pirmąjį bokštą paprastai leidžiamos apie 350°C temperatūros dujos. Bokštuose be absorbcinių ir desorbcinių procesų, vyksta cheminės reakcijos. Pirmieji du trys bokštai laistomi nitroze, kurioje ištirpę azoto oksidai sudaro nitrozilsieros rūgštį NOHSO₄. Azoto monoksidas desorbuojasi. Azoto oksidus NO + NO₂ → N₂O₃ sieros rūgštis absorbuoja kituose trijuose keturiuose bokštuose pagal grįžtamosios reakcijos lygtį. Šie bokštai laistoma atšaldyta sieros rūgštimi su mažu kiekiu nitrozės, ištekančios iš pirmųjų bokštų. Iš sieros rūgšties ir joje absorbuotų azoto oksidų susidaro nitrozil sieros rūgštis. Azoto oksidai dalyvauja uždarame cikle ir teoriškai turėtų būti nesuvartojami. Iš tikrųjų absorbcija nėra ideali, todėl visada susidaro azoto oksidų nuostolių. Azoto oksidų sąnaudos, perskaičiavus juos į HNO₃, sudaro 110 - 20 kg 1 tonai H₂SO₄.

Nitrozininiu būdu gaunama praskiesta (75-77% koncentracijos), priemaišomis užteršta sieros rūgštis.

Taip pat skaitykite: Sveikas žirnelių konservavimas

Sieros rūgšties panaudojimas

Dėl aktyvumo ir gana pigios gamybos sieros rūgštis plačiai vartojama įvairiose pramonės šakose.

Trąšų gamyba

Didžiausias sieros rūgšties kiekis suvartojamas superfosfatui, amonio sulfatui ir kitoms mineralinėms trąšoms gaminti.

Chemijos pramonė

Sieros rūgštis naudojama daugelio kitų rūgščių (pvz., fosforo, acto, druskos) ir druskų gamyboje.

Metalurgija

Jos daug reikia spalvotųjų ir retųjų metalų gavyboje. Metalo apdirbimo pramonėje sieros rūgštimi arba jos druskomis prieš dažymą, litavimą, nikeliavimą, chromavimą ir kitas operacijas ėsdinami plieniniai dirbiniai.

Naftos pramonė

Daug sieros rūgšties suvartojama naftos produktams valyti. Sieros junginiams šalinti iš naftos produktų.

Taip pat skaitykite: Soda ir citrinos rūgštis

Kita

Be jos neišsiverčiama dažalų (audiniams), lakų ir dažų (pastatams ir mašinoms), vaistų, kai kurių plastmasių gamyboje. Sieros rūgštis taimoma etanolio ir kitų alkoholių, esterių, sintetinių skalbimo priemonių, pesticidų, vartojamų kovai su žemės kenkėjais ir piktžolėmis, gamyboje. Praskiesti sieros rūgšties ir jos druskų tirpalai vartojami dirbtinio šilko gamyboje, jais tekstilės pramonėje apdorojami dažyti pluoštai. Maisto pramonėje vartojama krakmolo, sirupų ir kitų produktų gamyboje. Sieros rūgštimi pripildomi automobilių akumuliatoriai. Ja džiovinamos dujos ir koncentruojamos rūgštys. Sieros rūgštis naudojama organinėje sintezėje, metalurgijoje ir metalų apdirbimo, naftos perdirbimo, tekstilės, odos, maisto (priedas E 513) pramonėje, parfurmerijoje, dehidratacijai, kaip akumuliatorių elektrolitas.

Gamybos apimtys

1995 m. pasaulyje pagaminta 142 mln. tonų sieros rūgšties. Daugiausia pasaulyje sieros rūgšties gamina JAV. 1995 m. ji pagamino per 43 mln. tonų sieros rūgšties, o tai daugiau negu visos Azijos arba Europos valstybės kartu. 1993 - 1995 m. 1990 m. Rusija, Ukraina ir Kazachija gamino per 15% pasaulio sieros rūgšties, o1995 m.

Sieros rūgšties gamyba Lietuvoje

1875 m. Klaipėdoje pradėjo veikti Vokietijos bendrovės ,,Union” sieros rūgšties ir superfosfato fabrikas. 1963 m. Sieros žaliavos gaunama iš Ukrainos. Iš vienos tonos sieros pagaminama apie 3 tonas sieros rūgšties. Iki 1989 m. veikė keturios sieros rūgšties gamybos linijos. 1989 m. visos keturios gamybinės linijos nutraukė veiklą. Jų vietoje iš Lenkijos bendrovės ,,Biprokwas” buvo nupirktas 500 tūkst. tonų per metus pajėgumo sieros rūgšties gamybos cechas. „Lifosa“ gamybos bendrovė gamina techninę sieros rūgštį.

Problemos, susijusios su sieros rūgštimi

Rūgštūs lietūs

Viena iš opiausių problemų, susijusių su sieros rūgštimi, yra rūgštūs lietūs. Sieros dioksidas (SO₂) yra vienos labiausiai orą teršiančių dujų. Jo daug susidaro deginant anglis, naftą, gamtines dujas, sierą ir sieros junginius. Anglyje ir naftoje sieros būna nuo 0,1% iki 5%, gamtinėse dujose - iki 0,1%. Sieros(IV) oksidas, patekęs į atmosferą, po kelių dienų nusėda į dirvožemį (SO₂ yra pakankamai sunkus). Dėl žmogaus veiklos daugiausia SO₂ pavidalu per metus į atmosferą išsiskiria apie 200 mln. tonų.

Nuo rūgščių kritulių ypač nukenčia miškai. Rūgščius tirpalus, nuodinguosius metalus augalai pirmiausia pajunta šakniaplaukiais, kuriais siurbia maisto medžiagas iš dirvožemio. Sieros rūgšties turintys krituliai gadina daugelį metalinių daiktų, ypač cinkuotus, variuotus, taip pat pagamintus iš nerūdijančio plieno. Nuo jų genda popierius, oda, tinkas, elektros laidai. Rūgštūs krituliai ardo uolienas - labai neatsparūs jiems yra smiltainis, klintis. Rūgštūs lietūs išplauna iš dirvožemio būtiniausias maisto medžiagas - kalį, kalcį, magnį. Rūgščioje terpėje lengviau migruoja gyvsidabris ir kadmis - nuodingiausi cheminiai elementai. Kuo dirvožemyje mažiau kalcio, tuo sparčiau jis rūgštėja.

Pavojingumas

Koncentruota sieros rūgštis, pakliuvusi ant odos, smarkiai nudegina. Skiedžiant sieros rūgštį, ji pilama į vandenį (bet ne atvirkščiai) ir tirpalas smarkiai maišomas. Patekusi ant odos plaunama stipria vandens srove, neutalizuojama 5 % sodos tirpalu.

tags: #sieros #rūgštis #virimo #temperatūra

Populiarūs įrašai: