حمض الكبريتيك
| حمض الكبريتيك Sulfuric acid | |
|---|---|
| تسمية أيوپاك IUPAC | Sulfuric Acid |
| أسماء أخرى | زيت الزاج oil of vitriol |
| تمييز | |
| رقم CAS | [] |
| رقم RTECS | WS5600000 |
| الخصائص | |
| الصيغة الجزيئية | H2SO4 (aq) |
| كتلة مولية | 98.07848 g mol−1 |
| المظهر | clear, colorless, odorless liquid |
| الكثافة | 1.84 g cm−3, liquid |
| نقطة الانصهار |
10 °C (283 K) |
| نقطة الغليان | |
| قابلية الذوبان في الماء | fully miscible (exothermic) |
| اللزوجة | 26.7 cP at 20°C |
| المخاطر | |
|
تبويب الاتحاد الاوروپي (DSD)
|
Corrosive (C) |
| توصيف المخاطر | R35 |
| تحذيرات وقائية | (S1/2), S26, S30, S45 |
| (معيـَّن النار) |
|
| نقطة الوميض | Non-flammable |
| مركبات ذا علاقة | |
| [[|صفحة البيانات التكميلية]] | |
|
والخصائص
|
معامل الانكسار (n), ثابت العزل الكهربائي (εr), etc. |
|
بيانات
ثرموديناميكية |
سلوك الطور صلب–سائل–غازي |
|
البيانات الطيفية
|
UV، IR، NMR، MS |
|
Except where noted otherwise, data are given for materials in their (at 25 °C, 100 kPa) Infobox disclaimer and references | |
حمض الكبريتيك (إنجليزية إنجلترا :Sulphuric acid إنجليزية أمريكا :Sulfuric acid), H2SO4, هوحمض معدني قوي. وهوقابل للذوبان في الماء عند جميع هجريزاته. وكان يـُعهد باسم زيت الزاج oil of vitriol, وهوالاسم الذي صاغه في القرن الثامن العالم المسلم جابر بن حيان (Geber) بعد اكتشافه المركب الكيميائي. حمض الكبريتيك له الكثير من التطبيقات, وهوأحد أبرز المنتجات في الصناعات الكيماوية. وبلغ الانتاج العالمي منه سنة 2001 نحو165 مليون طن, بقيمة $8 بليون دولار. الاستخدامات الرئيسية تتضمن معالجة خامات المعادن, صناعة الأسمدة, تكرير النفط, معالجة مياه المجاري, والتخليق الكيميائي.
الكثير من الپروتينات تحتوي على الكبريت في الأحماض الأمينية (مثل سيستين cysteine ومثيونين methionine) اللذان ينتجا حمض الكبريتيك خلال عملية الأيض في الجسم البشري.
وصف
حمض الكبريتيك سائل زيتي كثيف عديم اللون حارق، وآكل جدًا، ويؤدي دورًا مهمًا في إنتاج كثير من السلع المصنعة التي يستخدمها معظم الناس. ويصنف الكيميائيون حمض الكبريتيك بوصفه حمضًا معدنيًا قويًا وصيغته الكيميائية هي: H2 SO4. ويعتبر حمض الكبريتيك واحدًا من أقوى الأحماض ويمكنه حرق الجلد وتهييج النسيج المبطن للأنف، والقصبة الهوائية والرئتين. وتحمي معايير الأمان في كثير من البلاد العمال من التعرض الزائد لحمض الكبريتيك أولأبخرته.
الخواص الفيزيائية
أشكال حمض الكبريتيك
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 نتيجة للتميه لذلك ينصح بالحذر عند تمديد الحمض وذلك بصب الحمض فوق الماء وليس العكس لأنه شره جدا للماء لذلك يستعمل في تجفيف الغازات الرطبة كما يخرب المواد العضوية والخلايا الحية لسحبه الماء منها. يعد حمض الكبريت من أوائل الأحماض التي تم التعهد عليها، حيث عهده العرب منذ القرن الثامن الميلادي، وعهدته أوربا في القرنين الرابع والخامس عشر.
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. حمض الكبريتيك سائل عديم اللون، زيتي القوام لا رائحة له عندماقد يكون نقياً، إلا أنه يعطي أحياناً رائحة غاز ثالث أكسيد الكبريت (SO3 ) عند وجود هذا الغاز بنسبة عالية اثناء تحضير الحمض . كما يتميز حامض الكبريتيك المركز بأنه موصل للتيار الكهربائي يتجمد حمض الكبريتيك عند درجة حرارةعشرة درجة مئوية، بينما يغلي حامض الكبريتيك المركز (100 % وزناً ) عند درجة حرارة 330 درجة مئوية محرراً ثالث أكسيد الكبريت. تبلغ كثافة حامض الكبريتيك 1.84 جم / ملل
الخواص الكيميائية
تختلف خواصه الكيماوية بحسب ماقد يكون ممدداأومركزا فحمض الكبريت الممدد يتفاعل مباشرة مع المعادن الواقعة قبل الهيدروجين في سلسلة النشاط الكيماوي (الإزاحة) معطيا كبريتات المعدن ومطلقا الهيدروجين أما المعادن التي تقع بعد الهيدروجين ك النحاس والفضة فلا يتفاعل معها إلا بدخول مؤكسد قوي كالأوكسجين أوحمض الآزوت ولا يتفاعل أبدا مع المضى والبلاتين. أما حمض الكبريت المركز فيتفاعل مع جميع المعادن الواقعة قبل وبعد الهيدروجين عدا المضى والبلاتين ولكن بوجود الحرارة ويعطي كبريتات المعدن وثنائي أكسيد الكبريت والماء . كما يتفاعل الحمض المركز مع اللامعادن معطيا ثنائي اكسيد الكبريت وأكسيد اللامعدن والماء.
- H2SO4 + H2O → H3O+ + HSO4−,
ثم بعد ذلك
- HSO4− + H2O → H3O+ + SO42−.
تفاعلات أخرى لحمض الكبريتيك
- CuO + H2SO4 → + O
- H2SO4 + COONa → + COOH
- Fe(s) + H2SO4(aq) → (g) + (aq)
- Sn(s) + 2 H2SO4(aq) → (aq) + 2 H2O(l) + (g)
الجوانب البيئية
يعتبر حمض الكبريتيك من مكونات الأمطار الحمضية ، حيث يتكون من من أكسدة الأكسجين الجوي لثاني أكسيد الكبريت في وجود الماء. (أكسدة حمض الكبريتوز ). ثاني أكسيد الكبريت هوالناتج الأساسي لعمليات حرق الكبريت أوأحد أنواع الوقود الذي يحتوي على الكبريت مثل الفحم والزيت.
- 2 + سبعة + 2 O → 2 Fe2+ + أربعة + أربعة .
The Fe2+ can be further oxidized to Fe3+, according to:
- 4 Fe2+ + + أربعة → أربعة Fe3+ + 2 O,
and the Fe3+ produced can be precipitated as the hydroxide or hydrous oxide. The equation for the formation of the hydroxide is
- Fe3+ + ثلاثة O → Fe(OH)3 + ثلاثة .
حمض الكبريتيك في الفضاء الخارجي
حمض الكبريتيك يتم انتاجه في أعلى الغلاف الجوي لكوكب الزهرة بواسطة المفعول الكيميائي الضوئي للشمس على ثاني اكسيد الكربون, ثاني اكسيد الكبريت, وبخار الماء.
- → CO + O
- + O →
- + O → H2SO4
تاريخ حمض الكبريتيك
إستخدامات 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 "الطريقة المبتلة" لإنتاج حمض الفوسفوريك ، الذي يستخدم في صناعة الأسمدة الفوسفاتية ، وكذالك فوسفات ثلاثي الصوديوم المستخدم في صناعة المنظفات.
- + خمسة H2SO4 + عشرة O →خمسة •2 H2O + HF + ثلاثة .
كبريتات الألومنيوم
- + ثلاثة H2SO4 → + ثلاثة O.
يستخدم حمض الكبريتيك بصفة رئيسية في صناعة الأسمدة. وتستخدمه المصانع الأخرى لإنتاج سلع مثل بطاريات السيارات والمتفجرات، ومواد الصباغة والحديد والمعادن الأخرى، ولب الورق. وتستخدم الصناعات الكيميائية حمض الكبريتيك في إنتاج أنواع كثيرة من المواد العضوية، فهوعلى سبيل المثال يستخدم في صناعة الكحول من الإيثيلين. ويتفاعل حمض الكبريتيك مع البنزين وغيره من المركَّبات الأخرى لصنع السلفونات التي تستخدم في المواد المنظفة القوية، كما يستخدم أيضًا في صناعة الأصباغ والأدوية. وقوة حمض الكبريتيك تجعله مفيدًا في إنتاج الأحماض الأخرى، وفي التخلص من المواد الذائبة في المعادن. وكذلك فإن الكثير من المعادن تذوب في حمض الكبريتيك لتكون الكبريتات (أملاح الحمض) ولها استخدامات مهمة في الصناعة. ويتحد حمض الكبريتيك بسرعة مع الماء. والجاذبية الكيميائية القوية لحمض الكبريتيك للماء تساعده على إزالة الهيدروجين والأكسجين (العنصران المكونان للماء). وفي كثير من المواد تجعله هذه الخاصية، مفيدًا بوصفه عامل تجفيف. ويتضح هذا مع السكر الذي يحتوي على كربون وهيدروجين وأكسجين. فعندما يتم صب حمض الكبريتيك على السكَّر، فإن الخليط يتحلل ويتحول إلى كربون رغوي أسود (فحم نباتي). ويتفاعل الماء وحمض الكبريتيك المركَّز بشدة عند خلطهما، حيث يصبح الخليط في حالة غليان شديد. ويجب إضافة كميات صغيرة من حمض الكبريتيك إلى الماء ببطء وحرص، ولا يضاف الماء إلى حمض الكبريتيك لأن هذا الإجراء ينتج عنه تطاير شديد. ويحتوي حمض الكبريتيك أحيانًا على مزيد من ثالث أكسيد الكبريت وهي مادة كيميائية ينبعث منها الغاز عندما تتحد مع الرطوبة التي في الجو. ويطلق الكيميائيون على هذا النوع من حمض الكبريتيك الزيت أوحمض الكبريتيك المتبخر، ويتم استخدامه في إحدى طرق تصنيع حمض الكبريتيك.
دورة الكبريت واليود
The دورة الكبريت-اليود هس سلسلة من العمليات الكيميائية الحرارية المستخدمة للحصول على الهيدروجين. وتتكون من ثلاث تفاعلات كيميائية مفاعهم الخالص هوالماء ومنتجاتهم الخالصة هي الهيدروجين والأكسجين.
2 H2SO4 → 2 SO2 + 2 H2O + O2 (830°C) I2 + SO2 + 2 H2O → 2 HI + H2SO4 (120°C) 2 HI → I2 + H2 (320°C)
تحصير حمض الكبريتيك
وصفت عملية التحضير التجاري لحمض الكبريتيك في القرن السادس عشر الميلادي. أما اليوم، فيتم تصنيع الحمض أساسًا من الكبريت بإحدى طريقتين: كيفية التلامس وطريقة غرفة الرصاص وهي طريقة قديمة. وتنتج كيفية التلامس حمض الكبريتيك أنقى وأكثر هجريزًا من طريقة غرفة الرصاص. ويتم تصنيع ثالث أكسيد الكبريت بكيفية التلامس عن طريق تمرير غاز ثاني أكسيد الكبريت العديم اللون من خلال أنبوب ساخن يحتوي إما على الفاناديوم أوالبلاتين اللذين يقومان بدور الحفَّاز.فيذوب ثالث أكسيد الكبريت في حمض الكبريتيك المركز مكونًا الزيت الذي يضاف إلى الماء لإنتاج حمض الكبريتيك بأي هجريز مطلوب. وتبدأ طريقة غرفة الرصاص بحرق الكبريت لتكوين ثاني أكسيد الكبريت الذي يتفاعل بعد ذلك مع مركبات النيتروجين التي تسمى أكاسيد النتريك وذلك داخل غرفة مبطنة بالرصاص لتنتج حمض الكبريتيك. وهذه الطريقة الثانية ليست مكلفة ولكنها تنتج حمضًا ضعيفًا نسبيًا. ويمكن إنتاج حمض الكبريتيك من ثاني أكسيد الكبريت الذي نحصل عليه كمنتج ثانوي بتحميص النحاس وبيريت الحديد وغيرهما من خامات الكبريت الأخرى، وتستخدم عملية التحميص في فصل وتنقية خامات المعادن عن طريق تسخينها في الهواء. ويمكن حتى تزودنا محطات توليد الكهرباء التي تحرق الفحم كوقود، بمصدر أساسي وعملي لحمض الكبريتيك وذلك في المستقبل، حيث يمكن إنتاج حمض الكبريتيك من ثاني أكسيد الكبريت الناتج عن تنقية الغازات المنطلقة خلال احتراق الفحم. ولكن الشوائب الكثيرة الموجودة بهذه الغازات تجعل من الصعب تجميع ثاني أكسيد الكبريت بهذه الصورة. وكذلك نجد حتى المكان البعيد لمحطات توليد الطاقة يُصعِّب معضلة نقل حمض الكبريتيك الذي هومادة آكلة وحارقة جدًا.
مراجع
- ^ Khairallah, Amin A. Outline of Arabic Contributions to Medicine, chapter 10. Beirut, 1946.
- ^ ويكيبيديا العربية
- ^ Chenier, Philip J. Survey of Industrial Chemistry, pp 45-57. John Wiley & Sons, New York, 1987. ISBN 0-471-01077-4.
- Institut National de Recherche et de Sécurité. (1997). "Acide sulfurique". Fiche toxicologique n°30, Paris: INRS,خمسة pp.
- Handbook of Chemistry and Physics, 71st edition, CRC Press, Ann Arbor, Michigan, 1990.
- Agamanolis DP. Metabolic and toxic disorders. In: Prayson R, editor. Neuropathology: a volume in the foundations in diagnostic pathology series. Philadelphia: Elsevier/Churchill Livingstone, 2005; 413-315.
وصلات خارجية
- بطاقة السلامة الكيميائية العالمية 0362
- NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards
- External Material Safety Data Sheet
- Sulfuric acid analysis - titration freeware
المصادر
الموسوعة المعهدية الكاملة
