حمض الكبريتيك

حمض الكبريتيك أوحمض الكبريت أوزيت الزاج أوالحمض الكبريتي أوحمض السلفوريك صيغته الكيميائية H₂SO₄ هوحمض معدني قوي. يذوب في الماء بجميع التراكيز. وهومن أوائل الأحماض التي عهدت في التاريخ القديم، حيث عهده العرب منذ القرن الثامن الميلادي، وعهدته أوروبا في القرنين الرابع والخامس عشر. وأطلق عليه اسم زيت الزاج من قبل الكيميائي العربي جابر بن حيان، الذي حضره وينسب إليه في أكتشافه بالقرن الثامن الميلادي.

الخواص الفيزيائية

أشكال حمض الكبريتيك

الهجريب مع توضيح أزواج الإلكترونات الحرة.

بالرغم من إمكانية تحضير حمض الكبريتيك بهجريز 100% إلا أنه يفقد عند درجة الغليان ويعطي حمض هجريزه 98.3% ينحل في الماء ناشرا كمية كبيرة من الحرارة، ونتيجة لذلك ينصح بالحذر عند تمديد الحمض، وذلك بصب الحمض فوق الماء وليس العكس لأنه شره جدا للماء لهذا يستعمل في تجفيف الغازات الرطبة كما يخرب المواد العضوية والخلايا الحية لسحبه الماء منها.

أطلق جابر بن حيان على هذا الحمض قديماً زيت الزاج (Oil of Vitroil) بسبب تحضيره من تسخين وتقطير الزاج الأخضر (كبريتات الحديدوز المائية)، والكبريتات الأخرى المشابهة له. وحمض الكبريتيك هوسائل عديم اللون. أما حمض الكبريت المركز فهويعتبر موصل للتيار الكهربائي.

الخواص الكيميائية

تختلف الخواص الكيميائية لحمض الكبريت حسب الهجريز. فحمض الكبريت الممدد يتفاعل مباشرة مع المعادن الواقعة قبل الهيدروجين في السلسلة الكهروكيميائية معطيا كبريتات المعدن ومحررا الهيدروجين أما المعادن التي تقع بعد الهيدروجين مثل النحاس والفضة فلا يتفاعل معها إلا بوجود مؤكسد قوي مثل حمض الآزوت ولا يتفاعل أبدا مع المضى والبلاتين. أما حمض الكبريت المركز فيتفاعل مع جميع المعادن الواقعة قبل وبعد الهيدروجين في الجدول الدوري معطيا كبريتات المعدن وثنائي أكسيد الكبريت والماء. كما يتفاعل أيضا مع اللامعادن معطيا ثنائي أكسيد الكبريت وأكسيد اللامعدن والماء. يعود السبب في ذلك حتى حمض الكبريت المركز والساخن له خواص مؤكسدة حيث يتلقى الإلكترونات من العنصر المختزل (المرجع) في تفاعل أكسدة-إرجاع على الشكل:

2H₂SO₄ + 2e⁻ → SO₄²⁻ + 2 H₂ O + SO₂

التفاعلات

التأين

H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄^2-

التفاعل مع القواعد والقلويات

H₂SO₄ +2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O

H₂SO₄ + NaOH → NaHSO4 + H₂O

التفاعل مع الأملاح

H₂SO₄ +2NaCl → Na₂SO₄ + 2HCl

H₂SO₄ +2NaNO₃ → Na₂SO₄ + 2HNO₃

H₂SO₄ + CaF₂ → 2 HF + CaSO₄

H₂SO₄ + 2 NaI → 2 HI + Na₂SO₄

كعامل مؤكسد

Cu + 2 H₂SO₄ → CuSO₄ + SO₂ + 2 H₂O

ويؤكسد الحمض أيضاً كثيراً من اللافلزات كالكربون والكبريت.

C + 2H₂SO₄ → CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O

S + 2H₂SO₄ → 3SO₂ + 2H₂O

التفاعل مع المركبات العضوية العطرية

يتفاعل حمض الكبريتيك المركز مع الكثير من المركبات العضوية العطرية حيث تستبدل ذرة من ذرات الهيدروجين بها بمجموعة حمض السلفونيك، ولهذا التفاعل أهمية كبيرة في تحضير الكثير من المركبات كالفينول والسكارين، فيتفاعل مثلاً مع البنزين مكوناً حمض البنزين سلفونيك.

التحضير

تعتمد عملية تحضير حمض الكبريت على الكبريت وعلى الكبريتات التي توضع كمواد أولية. كما بحاجة أيضا إلى النقاوة العالية نتيجة النشاط الكميائي الشديد للحامض. يمكن حتى يحضر حمض الكبريت إما مخبرياً أوعلى النطاق الصناعي.

يحضر حمض الكبرتيك صناعياً بأسلوبين وهما عملية غرف الرصاص وعملية التماس.

عملية غرف الرصاص

وهي عملية سهلة قليلة التكلفة طورت في إنجلترا في القرن الثامن عشر من الصناعي جون روبوك.

تعتمد العملية على تفاعل ثاني اكسيد الكبريت مع الماء في وجود ثاني أكسيد النتروجين ليعطي حمض الكبريتيك وأحادي أكسيد النتروجين ثم أكسدة هذا الأخير ليعطي ثاني أكسيد النتروجين ويعاد أيضا لبرج التفاعل مرة أخرى ليتفاعل مع الماء وثاني أكسيد الكبريت للحصول على حمض الكبريتيك.

SO₂ + H₂O + NO₂ → H₂SO₄ + NO

2NO + O₂ → 2NO₂

عملية التماس

طورت هذه العملية عام 1831 وهي الأكثر انتشارا حاليا وبتكلفة قليلة.وهي الأحسن مقارنة مع الأولى لان حمض الكبريت المتحصل عليهقد يكون نقيا. تضم هذه العملية عدة مراحل هي كالتالي : 1) يصهر الكبريت ويرشح وذلك من أجل فصل الأجزاء غير المنصهرة ثم يضخ إلى وحدة خاصة بحرق الكبريت للحصول على SO2 (ثاني أكسيد الكبريت) ليمرر على سخان ثم إلى مرشح الغاز لتنقيته من الشوائب ثم ينقل إلى برج التحويل لاكسدته مع معدن مثل البلاتين للحصول على ثالث أكسيد الكبريت ثم يمتص هذا الغاز بواسطة الماء وفق المعادلة التالية :

SO₃ + H₂O ⇌ H₂SO₄

والعامل الحفاز لهذه العملية هوخماسي أكسيد الفانديوم.

2) يؤخذ هذا المحلول إلى وسط برج الأوليوم ويؤخذ الجزء من الناتج من أسفل البرج إلى مبرد الأوليوم ليصعد جزء منه مرة أخرى إلى أعلى البرج وبالتالي نتحصل على حمض الكبريت الذي يتجه مباشرة إلى الخزانات. بالنسبة إلى الحامض الناتج فيختلف هجريزها وذلك حسب درجة تبخرها.

استخدامات حمض الكبريتيك

حمض الكبريتيك شديد الأهمية، لدرجة أنه يقاس تقدم الأمم بحجم إنتاجها لحمض الكبريتيك ويعطي مؤشراً جيداً. الاستخدام الرئيسي (60% من العالم كله) لحمض الكبريتيكقد يكون في "العملية الرطبة" لإنتاج حمض الفوسفوريك، الذي يستخدم في صناعة الأسمدة الفوسفاتية، وكذلك فوسفات ثلاثي الصوديوم المستخدم في صناعة المنظفات. لحمض الكبريتيك استخدامات عديدة فهويدخل بشكل ما في معظم المواد المصنوعة تقريباً ويعتبر مستوى إنتاجه دليلاً على القدرة الصناعية لأي بلد وتعود وفرة استخدامه إلى رخصه وتنوع تأثيره الكيميائي.

يمكن تلخيص استخدامات حمض الكبريت كما يلي:

كمادة مؤكسدة ونازعة للماء.
إنتاج الاسمدة الكيمائية.
صناعة الصابون والمطاط.
إنتاج الأصباغ والكحولات والبلاستيك.
صناعة الحديد والنحاس والمنظفات.
صناعة بطاريات السيارة.

الجوانب البيئية

يعتبر حمض الكبريتيك من مكونات الأمطار الحمضية، حيث يتكون من أكسدة غاز الأكسجين الجوي لثاني أكسيد الكبريت في وجود الماء (أكسدة حمض الكبريتوز). إذا ثاني أكسيد الكبريت هوالناتج الأساسي لعمليات حرق الكبريت أوأحد أنواع الوقود الحاوي على الكبريت مثل الفحم والزيت.

الأمطار الحمضية التي تنجم من حمض الكبريت تؤدي إلى تلف المحاصيل الزراعية اما بالنسبة للإنسان فان الجرعة القاتلة من حمض الكبريت تبلغ من 4-5 سنتمتر مكعب وهي تؤدي إلى الوفاة بعد 12-48 ساعة من التعاطي بسبب الصدمة العصبية والدموية الناجمة عن الألم المحرق أوالجفاف نتيجة القيء المتكرر وقد يؤدي ذلك إلى التشوه في جسم الإنسان.

انظر أيضاً

كبريتات الحديد الثنائي
حديد الثنائي
ميلانترايت
حمض الكلافولينيك

مراجع

↑ معهد الكيانات الكيميائية للأهمية البيولوجية: https://www.ebi.ac.uk/chebi/searchId.do?chebiId=CHEBI:26836 — تاريخ الاطلاع:خمسة أكتوبر 2016 — العنوان : sulfuric acid — الناشر: معهد المعلوماتية الحيوية الأوروبي — الرخصة: إسناد المشاع الإبداعي 3.0 لم يتم الإبلاغ عنه
^ معهد المكون الفريد: https://fdasis.nlm.nih.gov/srs/unii/O40UQP6WCF — تاريخ الاطلاع: 14 فبراير 2018 — المحرر: إدارة الأغذية والأدوية — العنوان : Unique Ingredient Identifier
^ قاموس المورد، البعلبكي، بيروت، لبنان.
^ المعجم الطبي الموحد نسخة محفوظة 31 ديسمبر 2017 على مسقط واي باك مشين.
^ حمـض الكبريتيـك Sulfuric Acid - بيوتات الكيمياء التعليمية نسخة محفوظة 16 ديسمبر 2017 على مسقط واي باك مشين.
^ حامض الكبريتيك نسخة محفوظة 17 يونيو2015 على مسقط واي باك مشين.
^ Sulfuric Acid - MOTM May 2008 - Chime version نسخة محفوظة 17 ديسمبر 2017 على مسقط واي باك مشين.
^ Chenier, Philip J. Survey of Industrial Chemistry, pp 45-57. John Wiley & Sons, New York, 1987. ISBN 0-471-01077-4.