硫酸の沸点は濃度によって異なります。 硫酸の性質

硫酸 (H2SO4) は人類に知られている中で最も苛性酸の 1 つであり、特に濃縮された形では危険な試薬です。 化学的に純粋な硫酸は、無色無臭の油状の粘稠度を有する重有毒液体です。 二酸化硫黄 (SO2) の接触酸化によって得られます。

+ 10.5 °Cの温度では、硫酸は凍結したガラス質の結晶塊に変わり、スポンジのように貪欲に環境から水分を吸収します。 工業および化学において、硫酸は主要な化合物の 1 つであり、トン単位の生産量で主導的な地位を占めています。 これが、硫酸が「化学の血液」と呼ばれる理由です。 硫酸の助けを借りて、肥料、医薬品、その他の酸、大量の肥料などが得られます。

硫酸の基本的な物理的および化学的性質

  1. 純粋な形 (式 H2SO4) の硫酸は、濃度 100% で、無色の濃厚な液体です。 H2SO4 の最も重要な特性は、その高い吸湿性、つまり空気から水を除去する能力です。 このプロセスには大規模な熱の放出が伴います。
  2. H2SO4は強酸です。
  3. 硫酸は一水和物と呼ばれ、1 モルの SO3 あたり 1 モルの H2O (水) が含まれています。 その優れた吸湿特性により、ガスから水分を抽出するために使用されます。
  4. 沸点 – 330 °C。 この場合、酸は SO3 と水に分解します。 密度 – 1.84。 融点 – 10.3 °C/。
  5. 濃硫酸は強力な酸化剤です。 酸化還元反応を開始するには、酸を加熱する必要があります。 反応の結果としてSO2が生成されます。 S+2H2SO4=3SO2+2H2O
  6. 硫酸は濃度に応じて金属との反応が異なります。 希薄な状態では、硫酸は水素よりも先に電圧系列にあるすべての金属を酸化することができます。 例外は、酸化に対して最も耐性があります。 希硫酸は、塩、塩基、両性酸化物および塩基性酸化物と反応します。 濃硫酸は、銀を含む電圧シリーズのすべての金属を酸化する可能性があります。
  7. 硫酸は、酸性塩 (硫酸塩) と中間塩 (硫酸塩) の 2 種類の塩を形成します。
  8. H2SO4 は有機物や非金属と活発に反応し、それらの一部を石炭に変えることができます。
  9. 無水硫酸はH2SO4によく溶け、この場合発煙硫酸、つまり硫酸中のSO3の溶液が形成されます。 外見的には、硫酸が発煙し、無水硫酸塩が放出されるように見えます。
  10. 水溶液中の硫酸は強力な二塩基酸であり、水に添加すると大量の熱を放出します。 濃縮硫酸溶液から希硫酸溶液を調製する場合、より重い酸を少量の流れで水に添加する必要がありますが、その逆はできません。 これは、水が沸騰して酸が飛び散るのを防ぐために行われます。

濃硫酸および希硫酸

硫酸の濃溶液には、銀またはパラジウムを溶解できる 40% からの溶液が含まれます。

希硫酸には濃度が40％未満の溶液も含まれます。 これらはそれほど活性な溶液ではありませんが、真鍮や銅と反応することができます。

硫酸の調製

硫酸の工業規模での生産は 15 世紀に始まりましたが、当時は「硫酸の油」と呼ばれていました。 初期の人類が硫酸を数十リットルしか消費しなかったとしても、現代世界では年間数百万トンに達する計算になります。

硫酸の製造は工業的に行われており、そのうちの 3 つがあります。

  1. 連絡方法。
  2. ニトロス法
  3. その他の方法

それぞれについて詳しく説明しましょう。

コンタクトの製造方法

連絡先生成方法は最も一般的であり、次のタスクを実行します。

  • その結果、最大限の消費者のニーズを満たす製品が生まれます。
  • 生産時の環境へのダメージが軽減されます。

接触法では、以下の物質が原料として使用されます。

  • 黄鉄鉱（硫黄黄鉄鉱）;
  • 硫黄;
  • 酸化バナジウム（この物質は触媒として機能します）;
  • 硫化水素;
  • さまざまな金属の硫化物。

製造プロセスを開始する前に、原材料が事前に準備されます。 まず、特別な粉砕プラントで黄鉄鉱を粉砕します。これにより、活性物質の接触面積が増加し、反応がスピードアップします。 黄鉄鉱は浄化を受けます。黄鉄鉱は水の入った大きな容器に入れられ、その間に廃岩やあらゆる種類の不純物が表面に浮かび上がります。 プロセスの最後にそれらは削除されます。

制作部分はいくつかの段階に分かれています。

  1. 粉砕後、黄鉄鉱は洗浄されて炉に送られ、最大800℃の温度で焼成されます。 逆流原理により、チャンバー内に下から空気が供給されるため、黄鉄鉱は確実に浮遊状態になります。 現在、このプロセスには数秒かかりますが、以前は起動するまでに数時間かかりました。 焙煎プロセス中に、廃棄物は酸化鉄の形で現れ、これは除去され、その後冶金産業に送られます。 焼成中、水蒸気、O2、SO2 ガスが発生します。 水蒸気や微小な不純物を除去すると、純粋な硫黄酸化物と酸素が得られます。
  2. 第 2 段階では、加圧下でバナジウム触媒を使用して発熱反応が起こります。 反応は温度が 420 °C に達すると始まりますが、効率を高めるために 550 °C まで上げることもできます。 反応中に接触酸化が起こり、SO2 が SO3 になります。
  3. 製造の第 3 段階の本質は次のとおりです。吸収塔での SO3 の吸収であり、その間に発煙硫酸 H2SO4 が形成されます。 この形態では、H2SO4 は特別な容器に注がれ (鋼と反応しません)、最終消費者に提供される準備が整います。

上で述べたように、製造中には大量の熱エネルギーが生成され、加熱目的に使用されます。 多くの硫酸プラントには蒸気タービンが設置されており、放出された蒸気を使用して追加の電力を生成します。

亜硝酸法による硫酸の製造法

より濃縮された純粋な硫酸と発煙硫酸を生成する接触生成法の利点にもかかわらず、亜硝酸法ではかなりの量の H2SO4 が生成されます。 特に過リン酸塩プラントでは。

H2SO4 の製造では、接触法とニトロス法の両方で出発原料は二酸化硫黄です。 特にこれらの目的のために、硫黄を燃やすか、硫黄金属を焙煎することによって得られます。

二酸化硫黄を亜硫酸に処理するには、二酸化硫黄の酸化と水の添加が含まれます。 式は次のようになります。
SO2 + 1|2 O2 + H2O = H2SO4

しかし、二酸化硫黄は酸素と直接反応しないため、亜硝酸法では窒素酸化物を使用して二酸化硫黄を酸化します。 このプロセス中に、窒素の高級酸化物（二酸化窒素 NO2、三酸化窒素 NO3 について話します）は窒素酸化物 NO に還元され、その後、酸素によって再び酸化されて高級酸化物になります。

亜硝酸法による硫酸の製造は、技術的には次の 2 つの方法で行われます。

  • チャンバー。
  • タワー。

亜硝酸法には多くの利点と欠点があります。

亜硝酸法の欠点:

  • 結果は 75% の硫酸になります。
  • 製品の品質が低い。
  • 窒素酸化物の不完全な還元 (HNO3 の添加)。 それらの排出物は有害です。
  • 酸には鉄、窒素酸化物、その他の不純物が含まれています。

亜硝酸法の利点:

  • プロセスのコストが低くなります。
  • SO2の100％リサイクルが可能。
  • ハードウェア設計のシンプルさ。

ロシアの主な硫酸工場

我が国の H2SO4 の年間生産量は 6 桁台、約 1,000 万トンです。 ロシアにおける硫酸の主要生産者は企業であると同時に、硫酸の主要消費者でもある。 私たちは鉱物肥料の生産を活動分野とする企業について話しています。 たとえば、「バラコボ鉱物肥料」、「アンモフォス」などです。

クリミアのアルミャンスクでは、東欧最大の二酸化チタン生産会社クリミア・タイタンが操業している。 さらに、硫酸、鉱物肥料、硫酸鉄なども生産します。

多くの工場でさまざまな種類の硫酸が生産されています。 たとえば、バッテリー用硫酸は、Karabashmed、FKP Biysk Oleum Plant、Svyatogor、Slavia、Severkhimprom などで生産されています。

発煙硫酸は、UCC Shchekinoazot、FKP Biysk Oleum Plant、Ural Mining and Metallurgical Company、Kirishinefteorgsintez PA などによって生産されています。

特別な純度の硫酸は、OHC Shchekinoazot、Component-Reaktiv によって製造されます。

使用済み硫酸は、ZSS および HaloPolymer Kirovo-Chepetsk 工場で購入できます。

工業用硫酸のメーカーは、Promsintez、Khiprom、Svyatogor、Apatit、Karabashmed、Slavia、Lukoil-Permnefteorgsintez、Chelyabinsk Zinc Plant、Electrozinc などです。

黄鉄鉱が H2SO4 製造の主原料であり、これは濃縮企業の無駄であるという事実のため、その供給者はノリリスクとタルナフの濃縮工場です。

H2SO4生産における世界の主導的地位は米国と中国によって占められており、それぞれ3,000万トンと6,000万トンを占めています。

硫酸の適用範囲

世界では年間約 2 億トンの H2SO4 が消費されており、そこからさまざまな製品が生産されています。 硫酸は、工業目的での使用規模の点で、他の酸の中でも群を抜いています。

すでにご存知のとおり、硫酸は化学産業の最も重要な製品の 1 つであるため、硫酸の範囲は非常に広いです。 H2SO4 の主な使用分野は次のとおりです。

  • 硫酸は鉱物肥料の製造に大量に使用され、総トン数の約 40% を消費します。 このため、H2SO4を生産する工場は肥料を生産する工場の隣に建てられます。 硫酸アンモニウム、過リン酸アンモニウムなどです。 製造中、硫酸は純粋な形 (濃度 100%) で採取されます。 1 トンのアンモホスまたは過リン酸塩を生産するには、600 リットルの H2SO4 が必要です。 これらの肥料はほとんどの場合、農業で使用されます。
  • H2SO4 は爆発物の製造に使用されます。
  • 石油製品の精製。 灯油、ガソリン、鉱油を得るには、硫酸を使用して炭化水素を精製する必要があります。 石油を精製して炭化水素を精製する過程で、この産業は世界の H2SO4 トン量の 30% を「消費」しています。 さらに、燃料のオクタン価は硫酸で増加し、石油生産中に井戸は処理されます。
  • 冶金業界。 冶金学における硫酸は、ワイヤーや金属板からスケールや錆を除去するために、また非鉄金属の製造においてアルミニウムを復元するために使用されます。 金属表面を銅、クロム、ニッケルでコーティングする前に、表面は硫酸でエッチングされます。
  • 医薬品の製造において。
  • 塗料の製造において。
  • 化学業界で。 H2SO4 は洗剤、エチレン、殺虫剤などの製造に使用されており、H2SO4 なしではこれらのプロセスは不可能です。
  • 工業目的で使用される他の既知の酸、有機および無機化合物の製造用。

硫酸の塩とその用途

最も重要な硫酸の塩:

  • 芒硝塩Na2SO4・10H2O（結晶性硫酸ナトリウム）。 その応用範囲は非常に広範囲に及びます：ガラス、ソーダの製造、獣医学および医学。
  • 硫酸バリウム BaSO4 は、ゴム、紙、白色鉱物塗料の製造に使用されます。 また、胃の透視検査など医療においても欠かせないものです。 この手順では「バリウム粥」を作るために使用されます。
  • 硫酸カルシウムCaSO4。 自然界では、石膏 CaSO4 2H2O および硬石膏 CaSO4 の形で存在します。 石膏CaSO4・2H2Oと硫酸カルシウムは医療や建築に使用されています。 石膏を 150 ～ 170 °C の温度に加熱すると、部分的な脱水が起こり、アラバスターとして知られる焼石膏が生成されます。 アラバスターをバッターの粘稠度になるまで水と混合すると、塊はすぐに固まり、一種の石に変わります。 アラバスターのこの特性は、建設作業で積極的に使用されており、鋳物や鋳型がアラバスターから作られています。 左官工事では結合材としてアラバスターが欠かせません。 外傷部門の患者には、アラバスターに基づいて作られた特別な固定用の硬い包帯が与えられます。
  • 硫酸鉄 FeSO4 ・ 7H2O は、インクの調製、木材への含浸に使用され、農業活動でも害虫を殺すために使用されます。
  • ミョウバンKCr(SO4)2・12H2O、KAl(SO4)2・12H2O等は塗料の製造や皮革工業（革のなめし）に使用されます。
  • 硫酸銅CuSO4・5H2Oを直接ご存知の方も多いと思います。 これは、植物の病気や害虫と戦う農業における積極的なアシスタントです。穀物をCuSO4・5H2Oの水溶液で処理し、植物に噴霧します。 一部の鉱物塗料の調製にも使用されます。 そして日常生活では、壁のカビを取り除くために使用されます。
  • 硫酸アルミニウム – 紙パルプ産業で使用されます。

希硫酸は鉛バッテリーの電解液として使用されます。 さらに、洗剤や肥料の製造にも使用されます。 しかし、ほとんどの場合、それは発煙硫酸の形で来ます - これはH2SO4中のSO3の溶液です（発煙硫酸の他の式も見つけることができます）。

驚くべき事実！ 発煙硫酸は濃硫酸よりも化学的に活性ですが、それにもかかわらず、鋼とは反応しません。 硫酸そのものよりも輸送が容易なのはこのためです。

「酸の女王」の利用範囲は実に広範囲に及び、産業界での利用方法をすべて語ることは困難です。 また、食品産業、水の浄化、爆発物の合成、その他多くの目的で乳化剤としても使用されます。

硫酸の歴史

私たちの中で、硫酸銅について一度も聞いたことがない人はいないでしょうか。 したがって、それは古代に研究され、新しい時代の始まりのいくつかの研究では、科学者はビトリオールの起源とその特性について議論しました。 ビトリオールはギリシャの医師ディオスコリデスとローマの自然探検家大プリニウスによって研究され、彼らは自分たちが行った実験について著作の中で書きました。 古代の医師イブン・シーナは、医療目的でさまざまなビトリオール物質を使用しました。 冶金学でビトリオールがどのように使用されたかは、古代ギリシャの錬金術師パノポリスのゾシマスの著作の中で議論されています。

硫酸を得る最初の方法は、カリウムミョウバンを加熱するプロセスであり、これに関する情報が 13 世紀の錬金術文献にあります。 当時、ミョウバンの組成とそのプロセスの本質は錬金術師には知られていませんでしたが、15世紀にはすでに硫酸の化学合成が意図的に研究され始めていました。 プロセスは次のとおりです。錬金術師は、硫黄と硫化アンチモン (III) の混合物 Sb2S3 を硝酸で加熱して処理しました。

中世ヨーロッパでは硫酸を「ビトリオールの油」と呼んでいましたが、その後ビトリオール酸に名前が変わりました。

17 世紀、ヨハン グラウバーは、水蒸気の存在下で硝酸カリウムと天然硫黄を燃焼させた結果、硫酸を得ました。 硝石による硫黄の酸化の結果として酸化硫黄が得られ、これが水蒸気と反応して油状の粘稠度を有する液体が得られた。 これはビトリオールの油であり、硫酸のこの名前は今日でも存在します。

18 世紀の 30 年代、ロンドンの薬剤師ウォード ジョシュアはこの反応を硫酸の工業生産に利用しましたが、中世ではその消費量は数十キログラムに限られていました。 用途は錬金術の実験、貴金属の精製、薬局などと狭いものでした。 ベルトライト塩を含む特別なマッチの製造には、少量の濃硫酸が使用されました。

ビトリオール酸は 17 世紀になって初めてロシアに現れました。

イギリスのバーミンガムでは、ジョン ローバックが 1746 年に上記の硫酸製造方法を応用し、製造を開始しました。 同時に、ガラス容器よりも安価で耐久性のある大型の鉛入りチャンバーを使用しました。

この方法はほぼ 200 年間にわたって産業界でその地位を保ち、チャンバー内で 65% の硫酸が得られました。

しばらくして、イギリスのグローバーとフランスの化学者ゲイ＝リュサックがプロセス自体を改良し、濃度 78% の硫酸が得られるようになりました。 しかし、そのような酸は、例えば染料の製造には適していなかった。

19 世紀初頭に、二酸化硫黄を無水硫酸に酸化する新しい方法が発見されました。

最初は窒素酸化物を使用してこれが行われ、次に白金が触媒として使用されました。 二酸化硫黄を酸化するこれら 2 つの方法はさらに改良されました。 白金および他の触媒上での二酸化硫黄の酸化は、接触法として知られるようになりました。 そして、このガスを窒素酸化物で酸化することを亜硝酸法といい、硫酸を製造します。

英国の酢酸商人ペレグリン・フィリップスは、1831 年になって初めて酸化硫黄 (VI) と濃硫酸を製造するための経済的な方法の特許を取得しました。この方法は、その製造のための接触方法として今日世界によく知られています。

過リン酸塩の生産は 1864 年に始まりました。

19 世紀の 80 年代、ヨーロッパでは硫酸の生産量が 100 万トンに達しました。 主な生産国はドイツとイギリスで、世界の硫酸総量の72％を生産していました。

硫酸の輸送は労働集約的で責任ある仕事です。

硫酸は危険な化学物質の部類に属し、皮膚に触れると重度の火傷を引き起こします。 さらに、人間に化学中毒を引き起こす可能性があります。 輸送中に特定の規則に従わない場合、硫酸は爆発性があるため、人体と環境の両方に多大な害を及ぼす可能性があります。

硫酸は危険クラス8に割り当てられており、特別な訓練を受け訓練を受けた専門家が輸送する必要があります。 硫酸を配送するための重要な条件は、特別に開発された危険物の輸送規則に準拠することです。

道路による輸送は次の規則に従って行われます。

  1. 輸送用の専用コンテナは硫酸やチタンと反応しない特殊合金鋼で作られています。 このような容器は酸化しません。 危険な硫酸は特別な硫酸薬品タンクで輸送されます。 硫酸の種類に応じて設計が異なり、輸送用に選択されます。
  2. 発煙酸を輸送する場合、酸の化学的特性を維持するために必要な温度体制が維持される、特殊な等温魔法瓶タンクが使用されます。
  3. 普通の酸を輸送する場合は硫酸タンクを選択します。
  4. 発煙硫酸、無水硫酸、濃縮硫酸、電池用、グローバーなどの硫酸の道路輸送は、タンク、樽、コンテナなどの特別な容器で行われます。
  5. 危険物の輸送は、ADR証明書を持ったドライバーのみが行うことができます。
  6. 移動中は許容速度を厳守する必要があるため、移動時間に制限はありません。
  7. 輸送中は、人が多く集まる場所や生産施設を通過する特別なルートが構築されます。
  8. 輸送には特別な標識と危険標識を付ける必要があります。

人間に対する硫酸の危険な性質

硫酸は人体に対する危険性を高めます。 その毒性は、皮膚との直接接触だけでなく、二酸化硫黄が放出される蒸気を吸入した場合にも発生します。 有害な影響には次のようなものがあります。

  • 呼吸器系;
  • 肌;
  • 粘膜。

硫酸に含まれることが多いヒ素によって、体の中毒が促進されることがあります。

重要！ ご存知のとおり、酸が皮膚に触れると重度の火傷が発生します。 硫酸蒸気による中毒も同様に危険です。 空気中の硫酸の安全量は 1 平方メートルあたりわずか 0.3 mg です。

硫酸が粘膜や皮膚に付着すると、重度の火傷が生じ、治りにくくなります。 火傷の規模が大きい場合、被害者は熱傷疾患を発症し、適切な医療が適時に提供されなければ死に至る場合もあります。

重要！ 成人の場合、硫酸の致死量は1リットルあたりわずか0.18cmです。

もちろん、日常生活の中で酸の毒性を「経験する」ことには問題があります。 ほとんどの場合、酸中毒は、溶液を扱う際の労働安全上の注意事項を無視したために発生します。

作業上の技術的問題や過失により硫酸蒸気による集団中毒が発生し、大気中への大量放出が発生することがあります。 このような状況を防ぐために、危険な酸が使用される生産施設の機能を監視する特別なサービスが運営されています。

硫酸中毒になるとどのような症状が見られますか?

酸を摂取した場合:

  • 消化器官の領域の痛み。
  • 吐き気と嘔吐。
  • 重度の腸疾患の結果として起こる異常な排便。
  • 唾液の大量分泌。
  • 腎臓への毒性作用により、尿が赤くなります。
  • 喉頭と喉の腫れ。 喘鳴や嗄れ声が起こります。 窒息により死亡する可能性があります。
  • 歯茎に茶色の斑点が現れます。
  • 肌が青くなります。

皮膚が火傷を負った場合、火傷疾患に特有のあらゆる合併症が発生する可能性があります。

蒸気中毒の場合、次のような状況が観察されます。

  • 目の粘膜のやけど。
  • 鼻血。
  • 気道の粘膜の火傷。 この場合、被害者は激しい痛みを経験します。
  • 窒息の症状を伴う喉頭の腫れ（酸素不足、皮膚が青くなる）。
  • 中毒が重度の場合は、吐き気や嘔吐が起こることがあります。

知っておくことが重要です！ 摂取後の酸中毒は、蒸気の吸入による中毒よりもはるかに危険です。

硫酸損傷の応急処置と治療手順

硫酸と接触した場合は、次のようにしてください。

  • まずは救急車を呼びましょう。 液体が入った場合は、温水で胃を洗い流してください。 この後、100グラムのヒマワリまたはオリーブオイルを少しずつ飲む必要があります。 さらに、氷を飲み込んだり、牛乳や焦げたマグネシアを飲んだりする必要があります。 これは硫酸の濃度を下げ、人間の状態を緩和するために行われなければなりません。
  • 酸が目に入った場合は、流水で洗い流し、ジカインとノボカインの溶液を点滴する必要があります。
  • 酸が皮膚についた場合は、やけどした部分を流水でよく洗い、重曹で包帯を巻いてください。 約10〜15分間洗い流す必要があります。
  • 蒸気中毒の場合は、新鮮な空気の場所に出て、できるだけ早く影響を受けた粘膜を水で洗い流す必要があります。

病院での治療は、火傷の範囲と中毒の程度によって異なります。 鎮痛はノボカインのみで行われます。 患部での感染症の発症を避けるために、患者には抗生物質による治療が行われます。

胃出血の場合は、血漿または輸血が行われます。 出血源は外科的に取り除くことができます。

  1. 硫酸は、100% 純粋な形で自然界に存在します。 たとえば、イタリアのシチリア島の死海では、硫酸が底から直接浸透するというユニークな現象が見られます。 何が起こるかというと、地球の地殻からの黄鉄鉱が、この場合、その形成の原料として機能します。 この場所は死の湖とも呼ばれており、昆虫さえも近くを飛ぶことを恐れています。
  2. 大規模な火山噴火の後、硫酸の液滴が地球の大気中で見つかることがよくありますが、そのような場合、犯人は環境に悪影響を及ぼし、深刻な気候変動を引き起こす可能性があります。
  3. 硫酸は水を積極的に吸収するため、ガス乾燥剤として使用されます。 昔は、屋内の窓の曇りを防ぐために、この酸を瓶に注ぎ、窓の開口部のガラスの間に置きました。
  4. 硫酸は酸性雨の主な原因です。 酸性雨の主な原因は、水に溶けると硫酸を形成する二酸化硫黄による大気汚染です。 次に、化石燃料が燃焼すると二酸化硫黄が放出されます。 近年研究されている酸性雨では硝酸の含有量が増加しています。 この現象の理由は、二酸化硫黄の排出量の削減です。 この事実にもかかわらず、酸性雨の主な原因は依然として硫酸です。

硫酸を使った興味深い実験を集めたビデオを提供します。

砂糖に硫酸を注いだときの反応を考えてみましょう。 硫酸が砂糖と一緒にフラスコに入る最初の数秒で、混合物は黒くなります。 数秒後、物質は黒くなります。 すると、最も興味深いことが起こります。 塊は急速に成長し始め、フラスコの外に出ます。 生産量は元の体積の3〜4倍の多孔質炭に似た自慢の物質です。

ビデオの作者は、コカ・コーラと塩酸および硫酸の反応を比較することを提案しています。 コカ・コーラを塩酸と混合すると、視覚的な変化は観察されませんが、硫酸と混合すると、コカ・コーラは沸騰し始めます。

硫酸がトイレットペーパーと接触すると、興味深い相互作用が観察されます。 トイレットペーパーはセルロースでできています。 酸がセルロース分子に当たると、即座に分解されて遊離炭素が放出されます。 酸が木材に接触すると、同様の焦げが観察されます。

濃酸の入ったフラスコにカリウムの小片を加えます。 最初の 1 秒で煙が発生し、その後金属が瞬時に燃え上がり、発火、爆発し、粉々に砕けます。

次の実験では、マッチに硫酸が当たると発火します。 実験の後半では、アセトンとマッチを入れたアルミホイルを浸します。 ホイルは瞬時に加熱され、大量の煙が発生して完全に溶解します。

重曹を硫酸に添加すると、興味深い効果が観察されます。 重曹はすぐに黄色に変わります。 反応は急速に沸騰し、体積が増加しながら進行します。

上記の実験はすべて自宅で行わないことを強くお勧めします。 硫酸は非常に攻撃的で有毒な物質です。 このような実験は、強制換気を備えた特別な部屋で実行する必要があります。 硫酸との反応で発生するガスは非常に有毒で、気道の損傷や身体の中毒を引き起こす可能性があります。 さらに、皮膚や呼吸器系の個人用保護具を使用して同様の実験が行われています。 自分を大事にして下さい！

硫黄は、周期表の第 6 族、第 3 周期に含まれる化学元素です。 この記事では、その化学的性質、製造、用途などについて詳しく説明します。 物理的特性には、色、導電率のレベル、硫黄の沸点などの特性が含まれます。化学的特性は、他の物質との相互作用を表します。

物理学の観点から見た硫黄

これは壊れやすい物質です。 通常の状態では、固体の凝集状態のままです。 硫黄はレモンイエローの色をしています。

そして、ほとんどの場合、その化合物はすべて黄色味を帯びています。 水には溶けません。 熱伝導率と電気伝導率が低いです。 これらの特徴は、典型的な非金属として特徴付けられます。 硫黄の化学組成はまったく複雑ではないという事実にもかかわらず、この物質にはいくつかのバリエーションがある可能性があります。 それはすべて、どの原子が接続されているかという結晶格子の構造に依存しますが、それらは分子を形成しません。

したがって、最初の選択肢は斜方晶系硫黄です。 最も安定しています。 このタイプの硫黄の沸点は摂氏 445 度です。 しかし、特定の物質が凝集の気体状態になるためには、まず液体状態を通過する必要があります。 したがって、硫黄の溶解は摂氏113度の温度で起こります。

2 番目のオプションは単斜晶系硫黄です。 濃い黄色をした針状の結晶です。 最初のタイプの硫黄を溶解し、それをゆっくりと冷却すると、このタイプの硫黄が形成されます。 この品種はほぼ同じ物理的特徴を持っています。 たとえば、この種の硫黄の沸点は同じ 445 度です。 さらに、この物質にはプラスチックなどさまざまな種類があります。 沸騰寸前まで加熱した菱形の水を冷水に注ぐことによって得られます。 このタイプの硫黄の沸点は同じです。 しかし、この物質はゴムのように伸びる性質があります。

物理的特性のもう 1 つの要素についてお話したいと思いますが、それは硫黄の発火温度です。

この指標は、材料の種類とその起源によって異なる場合があります。 たとえば、工業用硫黄の発火温度は 190 度です。 これはかなり低い数字です。 他の場合には、硫黄の引火点は 248 度や 256 度になることもあります。 それはすべて、どのような素材から抽出されたか、そしてその密度によって異なります。 しかし、硫黄の燃焼温度は他の化学元素に比べて非常に低く、可燃性の物質であると結論付けることができます。 さらに、場合によっては、硫黄が結合して 8 個、6 個、4 個、または 2 個の原子からなる分子になることもあります。 さて、物理学の観点から硫黄を考察したので、次のセクションに進みましょう。

硫黄の化学的特徴

この元素の原子量は比較的低く、1 モルあたり 32 グラムに相当します。 硫黄という元素の特性には、さまざまな酸化度を持つことができるなどのこの物質の特徴が含まれます。 これは、例えば水素や酸素とは異なります。 硫黄という元素の化学的性質が何であるかを考えるとき、条件に応じて還元性と酸化性の両方の性質を示すことは言うまでもありません。 それでは、この物質とさまざまな化合物との相互作用を順番に見てみましょう。

硫黄および単体物質

単純物質とは、1 つの化学元素だけを含む物質です。 たとえば酸素の場合のように、その原子が結合して分子になる場合もあれば、金属の場合のように結合しない場合もあります。 したがって、硫黄は金属、他の非金属、ハロゲンと反応する可能性があります。

金属との相互作用

この種のプロセスを実行するには、高温が必要です。 この条件下では付加反応が起こります。 つまり、金属原子と硫黄原子が結合して、複合物質硫化物が形成されます。 たとえば、2 モルのカリウムを加熱し、1 モルの硫黄と混合すると、1 モルのこの金属の硫化物が得られます。 方程式は次のように書くことができます: 2K + S = K 2 S。

酸素との反応

これが硫黄の燃焼です。 このプロセスの結果として、その酸化物が形成されます。 後者には 2 つのタイプがあります。 したがって、硫黄の燃焼は 2 段階で発生する可能性があります。 1 つ目は、1 モルの硫黄と 1 モルの酸素から 1 モルの二酸化硫黄が生成される場合です。 この化学反応の方程式は、S + O 2 = SO 2 のように書くことができます。 第 2 段階では、二酸化物に別の酸素原子を追加します。 これは、高温で 2 モルの酸素に 1 モルの酸素を加えると起こります。 その結果、2 モルの三酸化硫黄が得られます。 この化学相互作用の方程式は次のようになります: 2SO 2 + O 2 = 2SO 3 。 この反応の結果として、硫酸が形成されます。 したがって、説明した 2 つのプロセスを実行すると、得られた三酸化物を水蒸気の流れに通すことができます。 このような反応の方程式は、SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 となります。

ハロゲンとの相互作用

化学物質は、他の非金属と同様に、特定の物質群と反応することができます。 フッ素、臭素、塩素、ヨウ素などの化合物が含まれます。 硫黄は、最後のものを除くそれらのいずれかと反応します。 例として、私たちが検討している周期表の元素のフッ素化プロセスを挙げることができます。 前述の非金属をハロゲンで加熱すると、2 種類のフッ化物が得られます。 最初のケース: 1 モルの硫黄と 3 モルのフッ素を採取すると、1 モルのフッ化物が得られます。その式は SF 6 です。 方程式は次のようになります: S + 3F 2 = SF 6。 さらに、2 番目のオプションがあります。1 モルの硫黄と 2 モルのフッ素を使用すると、化学式 SF 4 の 1 モルのフッ化物が得られます。 方程式は次のように書かれます: S + 2F 2 = SF 4。 ご覧のとおり、それはすべて、成分が混合される割合に依存します。 まったく同じ方法で、硫黄の塩素化 (2 つの異なる物質も形成される可能性があります) または臭素化のプロセスを実行できます。

他の単体物質との相互作用

硫黄という元素の特徴はそれだけではありません。 この物質は、水素、リン、炭素と化学反応することもあります。 水素との相互作用により、硫化酸が形成されます。 金属との反応の結果として硫化物が得られますが、硫黄と同じ金属を反応させることによっても硫化物が直接得られます。 硫黄原子への水素原子の付加は、非常に高温の条件下でのみ発生します。 硫黄がリンと反応すると、そのリン化物が形成されます。 次の式があります: P 2 S 3。この物質を 1 モル取得するには、2 モルのリンと 3 モルの硫黄を取得する必要があります。 硫黄が炭素と相互作用すると、問題の非金属の炭化物が形成されます。 その化学式は次のようになります: CS 2。 特定の物質を 1 モル取得するには、1 モルの炭素と 2 モルの硫黄を取得する必要があります。 上記のすべての付加反応は、試薬が高温に加熱された場合にのみ発生します。 硫黄と単体の物質との相互作用について見てきましたが、次の点に移りましょう。

硫黄および複合化合物

複合物質とは、分子が 2 つ (またはそれ以上) の異なる元素で構成されている物質です。 硫黄の化学的性質により、硫黄はアルカリや濃硫酸などの化合物と反応することができます。 これらの物質との反応は非常に独特です。 まず、問題の非金属をアルカリと混合すると何が起こるかを見てみましょう。 たとえば、6 モルに 3 モルの硫黄を加えると、2 モルの硫化カリウム、1 モルの亜硫酸カリウム、3 モルの水が得られます。 この種の反応は、次の方程式で表すことができます: 6KOH + 3S = 2K 2 S + K2SO 3 + 3H 2 O. を加えても同じ相互作用原理が起こります。 次に、硫酸の濃溶液中の硫黄の挙動を考えてみましょう。それに追加されます。 最初の物質を1モル、2番目の物質を2モルとると、次の生成物が得られます：3モルの量の三酸化硫黄と2モルの水。 この化学反応は、反応物が高温に加熱された場合にのみ発生します。

問題の非金属の入手

さまざまな物質から硫黄を抽出するには、いくつかの主な方法があります。 最初の方法は、黄鉄鉱から分離することです。 後者の化学式は FeS 2 です。 この物質を酸素に触れさせずに高温に加熱すると、別の硫化鉄 - FeS - と硫黄が得られます。 反応式は次のように表されます。 FeS 2 = FeS + S。 工業的によく使用される硫黄の 2 番目の製造方法は、少量の酸素の条件下で硫化硫黄を燃焼させる方法です。 この場合、問題の非金属と水を得ることができます。 反応を実行するには、成分を 2 対 1 のモル比で摂取する必要があります。 その結果、2 対 2 の割合で最終製品が得られます。 この化学反応の方程式は次のように書くことができます: 2H 2 S + O 2 = 2S + 2H 2 O。さらに、硫黄は、ニッケルなどの金属の製造など、さまざまな冶金プロセスを通じて入手できます。 、銅など。

産業用

私たちが検討している非金属は、化学業界で最も幅広い用途に使用されています。 上で述べたように、ここではそれから硫酸酸を製造するために使用されます。 また、硫黄は可燃性の物質であるため、マッチの原料としても使用されています。 また、硫黄は爆薬、火薬、線香花火などの製造にも不可欠です。また、硫黄は害虫駆除製品の原料の一つとしても使用されています。 医学では、皮膚疾患の薬製造の成分として使用されます。 問題の物質はさまざまな染料の製造にも使用されます。 さらに、蛍光体の製造にも使用されます。

硫黄の電子構造

ご存知のとおり、すべての原子は原子核で構成されており、その中に陽子（正に荷電した粒子）と中性子（電荷ゼロの粒子）が存在します。 マイナスの電荷を持った電子は原子核の周りを回転します。 原子が中性であるためには、その構造内に同じ数の陽子と電子がなければなりません。 後者の量が多ければ、それはすでにマイナスイオン、つまりアニオンです。 逆に、陽子の数が電子よりも多い場合、それは陽イオン、または陽イオンです。 硫黄アニオンは酸残基として作用する可能性があります。 硫化酸（硫化水素）や金属硫化物などの物質の分子の一部です。 アニオンは、物質が水に溶解するときに起こる電解解離中に形成されます。 この場合、分子はカチオンに分解され、金属イオンまたは水素イオン、および酸性残基またはヒドロキシル基（OH-）のイオンであるカチオンの形で存在する可能性があります。

周期表における硫黄の通し番号は 16 であるため、その原子核にはまさにこの数の陽子が含まれていると結論付けることができます。 これに基づいて、16 個の電子も回転していると言えます。 中性子の数は、モル質量から化学元素のシリアル番号を引くことで求められます: 32 - 16 = 16。各電子は無秩序に回転するのではなく、特定の軌道を回転します。 硫黄は周期表の第 3 周期に属する化学元素であるため、原子核の周りには 3 つの軌道があります。 最初のものは 2 つの電子を持ち、2 つ目は 8 つ、そして 3 つ目は 6 つの電子を持ちます。 硫黄原子の電子式は次のように書かれます: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4。

自然界における蔓延

基本的に、問題の化学元素はさまざまな金属の硫化物である鉱物に含まれています。 まず第一に、それは黄鉄鉱 - 鉄塩です。 また、鉛、銀、銅光沢、閃亜鉛鉱、辰砂、硫化水銀などもあります。 さらに、硫黄は鉱物の一部であることもあり、その構造は 3 つ以上の化学元素で表されます。

例えば、黄銅鉱、芒硝、キーゼライト、石膏など。 それぞれをより詳細に検討できます。 黄鉄鉱は硫化鉄、または FeS 2 です。 色は淡い黄色で、金色の光沢があります。 この鉱物は、宝飾品の製造に広く使用されているラピスラズリに不純物として含まれることがよくあります。 これは、これら 2 つの鉱物が共通の鉱床を持っていることが多いという事実によるものです。 銅の光沢 - 黄銅鉱、または黄銅鉱 - は、金属に似た青みがかった灰色の物質です。 と銀光沢 (アルゼンタイト) は同様の特性を持っています。どちらも外観は金属に似ており、色は灰色です。 辰砂は、灰色の斑点のある鈍い茶色がかった赤色の鉱物です。 化学式はCuFeS 2である黄銅鉱は黄金色で、金閃石とも呼ばれます。 閃亜鉛鉱 (閃亜鉛鉱) の色は、琥珀色から燃えるようなオレンジ色までさまざまです。 ミラビライト - Na 2 SO 4 x10H 2 O - 透明または白色の結晶。 医療に使われるとも言われます。 キーゼライトの化学式は MgSO 4 xH 2 O です。白色または無色の粉末のように見えます。 石膏の化学式は CaSO 4 x2H 2 O です。また、この化学元素は生物の細胞の一部であり、重要な微量元素です。

三酸化硫黄は通常、無色の液体として現れます。 氷、繊維状結晶、またはガスの形で存在することもあります。 三酸化硫黄が空気にさらされると、白い煙が発生し始めます。 濃硫酸などの化学活性物質の成分です。 これは無色透明で油状で非常に攻撃的な液体です。 肥料、爆発物、その他の酸の製造、石油産業、自動車の鉛蓄電池に使用されます。

濃硫酸: 性質

硫酸は水によく溶け、金属や布地に腐食作用を及ぼし、接触すると木材やその他のほとんどの有機物質を焦がします。 吸入による健康への悪影響は、低濃度の物質への長期暴露または高濃度への短期間の暴露の結果として発生する可能性があります。

濃硫酸は、肥料やその他の化学薬品の製造、石油精製、鉄鋼生産、その他多くの目的に使用されます。 沸点がかなり高いため、塩からより揮発性の酸を放出するために使用できます。 濃硫酸は強い吸湿性を持っています。 炭水化物などの多くの化合物を脱水（化学的に水を除去）するための乾燥剤として使用されることがあります。

硫酸反応

濃硫酸は異常な方法で砂糖と反応し、もろくて海綿状の黒い炭素の塊を残します。 同様の反応は、皮革、セルロース、その他の動植物繊維にさらされた場合にも観察されます。 濃酸を水と混合すると、瞬時に沸騰するほどの大量の熱が放出されます。 希釈するには、熱の蓄積を抑えるために常に撹拌しながら冷水にゆっくりと加えます。 硫酸は液体と反応し、顕著な特性を持つ水和物を形成します。

体格的特徴

希釈した溶液中の無色無臭の液体は酸味があります。 硫酸は皮膚や体のすべての組織に曝露されると非常に攻撃性が高く、直接接触すると重度の火傷を引き起こします。 純粋な形では、H 2 SO4 は電気を通しませんが、水を加えると状況は逆に変化します。

分子量が 98.08 であるという特性もあります。 沸点は327℃、融点は-2℃です。 硫酸は強力な鉱酸であり、幅広い商業用途があるため、化学産業の主要製品の 1 つです。 硫化鉄などの硫化物物質の酸化により自然に生成されます。

硫酸 (H 2 SO4) の化学的性質は、さまざまな化学反応で現れます。

  1. アルカリと相互作用すると、硫酸塩を含む 2 つの一連の塩が形成されます。
  2. 炭酸塩および重炭酸塩と反応して、塩と二酸化炭素 (CO 2) を形成します。
  3. 温度と希釈度に応じて、金属への影響は異なります。 低温で希薄な水素は水素を放出し、高温で濃縮された場合は SO 2 を放出します。
  4. H 2 SO 4 (濃硫酸) の溶液は沸騰すると三酸化硫黄 (SO 3) と水 (H 2 O) に分解します。 化学的特性には、強力な酸化剤の役割も含まれます。


火災の危険性

硫酸は反応性が高く、接触すると細かく分散した可燃性物質に発火します。 加熱すると、非常に有毒なガスが発生し始めます。 爆発性があり、多くの物質と混和しません。 温度と圧力が上昇すると、非常に激しい化学変化や変形が発生する可能性があります。 水やその他の液体と激しく反応し、飛沫を引き起こす可能性があります。

健康被害

硫酸は体のあらゆる組織を腐食します。 蒸気を吸入すると、肺に重篤な損傷を引き起こす可能性があります。 目の粘膜が損傷すると、完全な視力喪失につながる可能性があります。 皮膚に接触すると重度の壊死を引き起こす可能性があります。 酸が気管に侵入すると、たとえ数滴でも致死的になる可能性があります。 慢性的に暴露すると、気管気管支炎、口内炎、結膜炎、胃炎を引き起こす可能性があります。 循環虚脱を伴い、胃穿孔や腹膜炎が発生することがあります。 硫酸は非常に腐食性が高いため、取り扱いには細心の注意が必要です。 暴露の兆候や症状は重篤になる可能性があり、よだれ、極度の喉の渇き、嚥下困難、痛み、ショック、火傷などが含まれます。 嘔吐物は通常、挽いたコーヒーの色です。 急性吸入暴露すると、くしゃみ、嗄れ声、窒息、喉頭炎、息切れ、気道の炎症、胸痛を引き起こす可能性があります。 鼻や歯茎からの出血、肺水腫、慢性気管支炎、肺炎が発生することもあります。 皮膚に露出すると、重度の痛みを伴う火傷や皮膚炎を引き起こす可能性があります。

応急処置

  1. 犠牲者を新鮮な空気の中に置きます。 救急隊員は硫酸への曝露を避ける必要があります。
  2. 脈拍や呼吸数などのバイタルサインを評価します。 脈拍が検出されない場合は、受けたさらなる傷害に応じて蘇生措置を実行します。 呼吸が困難な場合は、呼吸補助を行ってください。
  3. 汚れた衣類はできるだけ早く脱いでください。
  4. 目に入った場合は温水で少なくとも 15 分間洗い流し、皮膚に付着した場合は石けんと水で洗ってください。
  5. 有毒ガスを吸い込んだ場合は、多量の水で口をすすぎ、水を飲んだり、嘔吐させたりしないでください。
  6. 被災者を医療施設に搬送します。

硫酸 H 2 SO 4 、モル質量 98.082; 無色、油状、無臭。 非常に強い二塩基酸、18℃で カ 1 - 2.8、K 2 1.2 10 -2、pK ある 2 1.92; S=O の結合長 0.143 nm、S-OH 0.154 nm、HOSOH 角度 104°、OSO 119°。 分解して沸騰し、生成する（沸点338.8℃の98.3％H 2 SO 4 および1.7％H 2 O；表1も参照）。 硫酸 H 2 SO 4 の 100% 含有量に相当し、組成 (%) を持ちます: H 2 SO 4 99.5%、HSO 4 - 0.18%、H 3 SO 4 + 0.14%、H 3 O + 0.09%、H ２Ｓ ２ Ｏ ７ ０．０４％、ＨＳ ２ Ｏ ７ ０．０５％。 およびSO 3 とあらゆる割合で混合します。 水溶液中で 硫酸ほぼ完全に H + 、HSO 4 - および SO 4 2- に解離します。 H2SO4の形態 n H2O、ここで n=1、2、3、4、6.5。

SO 3 の硫酸溶液は発煙硫酸と呼ばれ、H 2 SO 4 ・SO 3 と H 2 SO 4 ・2SO 3 という 2 つの化合物を形成します。 発煙硫酸には、H 2 SO 4 +SO 3 =H 2 S 2 O 7 という反応によって得られるピロ硫酸も含まれています。

硫酸の調製

入手するための原材料 硫酸用途：S、金属硫化物、H 2 S、火力発電所の廃棄物、Fe、硫酸Caなど 主な生産段階 硫酸: 1) SO 2 を生成するための原料。 ２）ＳＯ ２ からＳＯ ３ （変換）。 ３）そ３． 業界では、取得するために 2 つの方法が使用されます。 硫酸、SO 2 酸化の方法が異なります - 固体触媒（接触）と亜硝酸を使用した - 窒素酸化物との接触。 入手用 硫酸接触法により、現代の工場ではバナジウム触媒が使用されており、これが Pt および Fe 酸化物に取って代わりました。 純粋な V 2 O 5 は弱い触媒活性を持っていますが、アルカリ金属の存在下で急激に増加し、K 塩が最大の効果を発揮します。アルカリ金属の促進的な役割は、低融点ピロスルホン酸塩 (3K 2 S 2 O) の形成によるものです。 7 V 2 O 5、2K 2 S 2 O 7 ・V 2 O 5 および K 2 S 2 O 7 ・V 2 O 5 、それぞれ 315 ～ 330、365 ～ 380、および 400 ～ 405 °C で分解します）。 触媒条件下の活性成分は溶融状態にあります。

SO 2 から SO 3 への酸化スキームは次のように表すことができます。

最初の段階では平衡が達成され、第 2 段階は遅く、プロセスの速度を決定します。

生産 硫酸二重接触二重吸収法による硫黄からの精製（図1）は、次の段階から構成されます。 粉塵を除去した空気は、ガスブロワーにより乾燥塔に供給され、93～98％まで乾燥されます。 硫酸水分含有量は0.01体積％まで。 乾燥した空気は、接触ユニットの熱交換器の 1 つで予熱された後、硫黄炉に入ります。 炉はノズルによって供給される硫黄を燃焼します: S + O 2 = SO 2 + 297.028 kJ。 10 ～ 14 体積％の SO 2 を含むガスはボイラー内で冷却され、420℃で 9 ～ 10 体積％の SO 2 含有量になるまで空気で希釈された後、変換の第 1 段階の接触装置に入ります。 3 層の触媒上で反応が起こり (SO 2 + V 2 O 2 = SO 3 + 96.296 kJ)、その後ガスは熱交換器で冷却されます。 次に、200℃で 8.5 ～ 9.5% の SO 3 を含むガスが吸収装置への吸収の第 1 段階に入り、灌漑され、98% になります。 硫酸: SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 + 130.56 kJ。 次に、ガスをスプラッシュクリーニングします。 硫酸、420℃に加熱され、2層の触媒上で起こる変換の第2段階に入ります。 第 2 段階の吸収の前に、ガスはエコノマイザーで冷却され、第 2 段階の吸収装置に供給され、98% の灌水が行われます。 硫酸そして、飛沫を除去した後、大気中に放出されます。

1 - 硫黄炉; 2 - 廃熱ボイラー; 3 - エコノマイザー。 4 - ファイアボックスを開始します。 5、6 - 開始炉の熱交換器。 7 - 接触装置。 8 - 熱交換器。 9 - 発煙硫酸吸収剤; 10 - 乾燥塔。 １１および１２は、それぞれ第１および第２の一水和物吸収体である。 13 - 酸のコレクション。

1 - ディスクフィーダー; 2 - オーブン; 3 - 廃熱ボイラー; 4 - サイクロン。 5 - 電気集塵機。 6 - 洗浄塔。 7 - 湿式電気集塵機。 8 - 吹き飛ばしタワー。 9 - 乾燥塔。 10 - スプラッシュトラップ。 １１−第１の一水和物吸収体。 12 - 熱交換器。 13 - 接触装置。 14 - 発煙硫酸吸収剤; １５ - 第２の一水和物吸収剤。 16 - 冷蔵庫。 17 - コレクション。

1 - 脱硝塔。 2、3 - 第 1 および第 2 の生産タワー。 4 - 酸化塔; 5、6、7 - 吸収塔。 8 - 電気集塵機。

生産 硫酸金属硫化物からの抽出 (図 2) はさらに複雑で、次の操作で構成されます。 FeS 2 は、エアブラストを使用して流動床炉内で焼成されます: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + 13476 kJ。 SO 2 含有量が 13 ～ 14%、温度が 900°C の焙煎ガスがボイラーに入り、そこで 450°C に冷却されます。 除塵はサイクロンと電気集塵機で行います。 次に、ガスは 40% と 10% の洗浄塔を通過します。 硫酸。 この場合、最終的にガスから塵、フッ素、ヒ素が除去されます。 エアロゾルからのガス浄化用 硫酸洗浄塔内で発生する水は2段の湿式電気集塵機を備えています。 乾燥塔で乾燥した後、ガスは SO 2 含有量 9% に希釈され、ガスブロワーによって変換の第 1 段階 (3 層の触媒) に供給されます。 熱交換器では、変換の最初の段階で生じるガスの熱により、ガスは 420°C まで加熱されます。 SO 3 中で 92 ～ 95% 酸化された SO 2 は、発煙硫酸および一水和物吸収剤への吸収の第一段階に進み、そこで SO 3 が遊離されます。 次に、SO 2 ～ 0.5% を含むガスは変換の第 2 段階に入り、1 つまたは 2 つの触媒層で行われます。 ガスは、触媒作用の第 2 段階から来るガスの熱のおかげで、別のグループの熱交換器で 420 °C に予熱されます。 第 2 吸収段階で SO 3 が分離された後、ガスは大気中に放出されます。

接触法を使用したＳＯ ２ のＳＯ ３ への変換率は９９．７％であり、ＳＯ ３ の吸収率は９９．９７％である。 生産 硫酸 SO 2 から SO 3 への変換率は 98.5% を超えませんが、触媒反応の 1 段階で実行されます。 大気中に放出される前に、ガスから残留 SO 2 が除去されます (参照)。 最新の設備の生産性は 1500 ～ 3100 トン/日です。

ニトロス法 (図 3) の本質は、冷却して塵を取り除いた後、焙煎ガスをいわゆるニトロスで処理することです。 硫酸、窒素酸化物が溶解しています。 SO 2 はニトロスに吸収され、次に酸化されます: SO 2 + N 2 O 3 + H 2 O = H 2 SO 4 + NO。 生成した NO はニトロスに溶けにくく、ニトロスから放出され、気相中の酸素によって部分的に酸化されて NO 2 になります。 NOとNO 2 の混合物が再吸収される 硫酸等 窒素酸化物は亜窒素プロセスでは消費されず、不完全な吸収のため生産サイクルに戻されます。 硫酸それらの一部は排気ガスによって運ばれます。 ニトロス法の利点: 機器の簡素化、低コスト (接触法より 10 ～ 15% 低い)、SO 2 の 100% リサイクルの可能性。

タワーニトロスプロセスのハードウェア設計はシンプルです。SO 2 はセラミックパッキンを備えた 7 ～ 8 列のタワーで処理され、タワーの 1 つ (中空) は酸化量を調整できます。 塔には酸収集器、冷凍機、塔上の圧力タンクに酸を供給するポンプが備えられています。 最後の 2 つの塔の前にテールファンが取り付けられています。 エアロゾルからのガス浄化用 硫酸電気集塵機として機能します。 このプロセスに必要な窒素酸化物は HNO 3 から得られます。 大気中への窒素酸化物の排出を削減し、SO 2 を 100% リサイクルするために、窒素酸化物を深く捕捉する水酸法と組み合わせて、亜窒素を含まない SO 2 処理サイクルが生産ゾーンと吸収ゾーンの間に設置されます。 ニトロス法の欠点は、製品の品質が低いことです: 濃度 硫酸 75%、窒素酸化物、Fe、その他の不純物が存在します。

結晶化の可能性を減らすため 硫酸商用グレードの基準は輸送および保管中に確立されます 硫酸、その濃度は最低結晶化温度に相当します。 コンテンツ 硫酸工業グレード (%): タワー (亜硝酸) 75、接点 92.5 ～ 98.0、発煙硫酸 104.5、高パーセンテージ発煙硫酸 114.6、バッテリー 92 ～ 94。 硫酸最大 5000 m 3 の容量の鋼製タンクに保管され、倉庫内の総容量は 10 日間の生産量に対応できるように設計されています。 発煙硫酸と 硫酸鉄道の鋼製タンクで輸送されます。 集中力とバッテリー 硫酸耐酸鋼製のタンクで輸送されます。 発煙硫酸を輸送するタンクは断熱材で覆われており、充填前に発煙硫酸が加熱されます。

定義する 硫酸 BaSO 4 の懸濁液の形で、比色分析および測光的に、光比濁法および電量法によって測定されます。

硫酸の適用

硫酸は、鉱物肥料の製造、鉛バッテリーの電解質として、さまざまな鉱酸や塩、化学繊維、染料、発煙物質や爆発物の製造、石油、金属加工、繊維、皮革などに使用されます。他の業界。 工業用有機合成において、脱水（ジエチルエーテル、エステルの生成）、水和（エチレンからエタノール）、スルホン化（および染料製造の中間生成物）、アルキル化（イソオクタン、ポリエチレングリコール、カプロラクタムの生成）の反応で使用されます。 、など 最大の消費者 硫酸- ミネラル肥料の生産。 P 2 O 5 リン肥料 1 トンあたり、2.2 ～ 3.4 トンが消費されます。 硫酸、1 t (NH 4) 2 SO 4 - 0.75 t 硫酸。 したがって、鉱物肥料の製造工場と併せて硫酸工場を建設する傾向があります。 世界の生産量 硫酸 1987年には1億5,200万トンに達しました。

硫酸発煙硫酸は、気道、皮膚、粘膜に影響を与え、呼吸困難、咳、さらには喉頭炎、気管炎、気管支炎などを引き起こす非常に攻撃的な物質です。 作業エリアの空気中の硫酸エアロゾルの最大許容濃度は 1.0 mg/m 3、大気中では 0.3 mg/m 3 (1 回最大)、および 0.1 mg/m 3 (1 日平均) です。 驚異の蒸気濃度 硫酸 0.008 mg/l (曝露 60 分)、致死量 0.18 mg/l (60 分)。 危険性クラス 2. エアロゾル 硫酸 S酸化物を含む化学産業や冶金産業からの排出物の結果として大気中に形成され、酸性雨の形で降下する可能性があります。

誰もが化学の授業で酸を勉強しました。 そのうちの 1 つは硫酸と呼ばれ、HSO 4 と呼ばれます。 私たちの記事では、硫酸の性質について説明します。

硫酸の物性

純粋な硫酸または一水和物は無色の油状液体で、+10°C の温度で凝固して結晶塊になります。 反応用の硫酸には 95% の H 2 SO 4 が含まれており、密度は 1.84 g/cm 3 です。 このような酸1リットルの重さは2kgです。 酸は-20℃の温度で硬化します。 融解熱は、温度 10.37°C で 10.5 kJ/mol です。

濃硫酸の性質はさまざまです。 たとえば、この酸が水に溶解すると、水和物の形成により大量の熱（19 kcal/mol）が放出されます。 これらの水和物は、低温で溶液から固体の形で単離できます。

硫酸は、化学産業において最も基本的な製品の 1 つです。 鉱物肥料（硫酸アンモニウム、過リン酸塩）、さまざまな塩と酸、洗剤と医薬品、人工繊維、染料、爆薬の製造を目的としています。 硫酸は、冶金 (ウラン鉱石の分解など)、石油製品の精製、ガスの乾燥などにも使用されます。

硫酸の化学的性質

硫酸の化学的性質は次のとおりです。

  1. 金属との相互作用:
    • 希酸は、電圧系列で水素の左側にある金属のみを溶解します。たとえば、H 2 +1 SO 4 + Zn 0 = H 2 O + Zn +2 SO 4 です。
    • 硫酸の酸化特性は優れています。 さまざまな金属 (Pt、Au を除く) と相互作用すると、H 2 S -2、S +4 O 2 または S 0 に還元されます。たとえば、次のようになります。
    • 2H 2 +6 SO 4 + 2Ag 0 = S +4 O 2 + Ag 2 +1 SO 4 + 2H 2 O;
    • ５Ｈ ２ ＋６ＳＯ ４ ＋８Ｎａ ０ ＝Ｈ ２ Ｓ－２＋４Ｎａ ２ ＋１ＳＯ ４ ＋４Ｈ ２ Ｏ；
  2. 濃酸 H 2 S +6 O 4 も (加熱すると) いくつかの非金属と反応し、より低い酸化状態の硫黄化合物に変わります。
    • ２Ｈ２Ｓ＋６Ｏ４＋Ｃ０＝２Ｓ＋４Ｏ２＋Ｃ＋４Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ；
    • ２Ｈ２Ｓ＋６Ｏ４＋Ｓ０＝３Ｓ＋４Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ；
    • 5H 2 S +6 O 4 + 2P 0 = 2H 3 P +5 O 4 + 5S +4 O 2 + 2H 2 O;
  3. 塩基性酸化物の場合:
    • H 2 SO 4 + CuO = CuSO 4 + H 2 O;
  4. 水酸化物の場合:
    • Cu(OH) 2 + H 2 SO 4 = CuSO 4 + 2H 2 O;
    • 2NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2H 2 O;
  5. 代謝反応中の塩との相互作用:
    • H 2 SO 4 + BaCl 2 = 2HCl + BaSO 4;

BaSO 4 (酸に不溶の白色沈殿) の形成を利用して、この酸と可溶性硫酸塩を測定します。

一水和物は、本質的に酸性のイオン化溶媒です。 多くの金属の硫酸塩を溶解すると非常に効果的です。たとえば、次のとおりです。

  • 2H 2 SO 4 + HNO 3 = NO 2 + + H 3 O + + 2HSO 4 - ;
  • HClO 4 + H 2 SO 4 = ClO 4 - + H 3 SO 4 +。

濃酸は、特に加熱するとかなり強力な酸化剤です (例: 2H 2 SO 4 + Cu = SO 2 + CuSO 4 + H 2 O)。

硫酸は酸化剤として作用し、通常は還元されて SO 2 になります。 しかし、これは S に還元でき、さらには H 2 S に還元することもできます (たとえば、H 2 S + H 2 SO 4 = SO 2 + 2H 2 O + S)。

一水和物はほとんど電流を流すことができません。 逆に、酸水溶液は良好な伝導体です。 硫酸は水分を強く吸収するため、各種ガスの乾燥に使用されます。 硫酸は、溶液上の水蒸気圧が乾燥中のガス中の硫酸の圧力より低い限り、乾燥剤として機能します。

希硫酸溶液を沸騰させると、そこから水が除去され、たとえば濃度98.3％の硫酸が蒸留され始めると、沸点は337℃まで上昇します。 逆に、より濃縮された溶液からは、過剰な無水硫酸が蒸発します。 337℃の温度で沸騰する酸の蒸気は部分的にSO 3 とH 2 Oに分解され、冷却されると再び結合します。 この酸は沸点が高いため、加熱時に揮発性の高い酸をその塩から分離する際の使用に適しています。

酸を扱うときの注意事項

硫酸を取り扱うときは、細心の注意を払う必要があります。 この酸が皮膚に付着すると、皮膚は白くなり、その後茶色がかって赤みが現れます。 周囲の組織が腫れます。 この酸が体のどこかに付着した場合は、すぐに水で洗い流し、火傷した部分をソーダ溶液で潤滑する必要があります。

硫酸の特性はよく研究されており、さまざまな生産や鉱物の抽出にとってかけがえのないものであることがわかりました。



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