Formula, proprietà, struttura e usi dell'acido solforico (H2SO4)

il acido solforico (H₂SW₄₎ è un composto chimico liquido, oleoso e incolore, solubile in acqua con rilascio di calore e corrosivo per metalli e tessuti. Incanta il legno e la maggior parte della materia organica quando viene a contatto con esso, ma è improbabile che causi un incendio.

L'acido solforico è forse la più importante di tutte le sostanze chimiche industriali pesanti e il suo consumo è stato citato molte volte come un indicatore dello stato generale dell'economia di una nazione.

L'esposizione prolungata a basse concentrazioni o l'esposizione a breve termine ad alte concentrazioni può provocare effetti avversi sulla salute. Di gran lunga, l'uso più importante di acido solforico è nel settore dei fertilizzanti fosfatici.

Altre applicazioni importanti sono nella raffinazione del petrolio, produzione di pigmenti, il decapaggio dell'acciaio, estrarre i metalli non ferrosi e la fabbricazione di esplosivi, detergenti, materie plastiche, fibre sintetiche e prodotti farmaceutici.

indice

• 1 Vitriol, l'antecedente dell'acido solforico
• 2 Formula
• 3 Struttura chimica
  • 3.1 In 2D
  • 3.2 In 3D
• 4 caratteristiche
  • 4.1 Proprietà fisiche e chimiche
  • 4.2 Reazioni con aria e acqua
  • 4.3 Infiammabilità
  • 4.4 Reattività
  • 4.5 Tossicità
• 5 usi
  • 5.1 Indiretto
  • 5.2 Diretto
• 6 Lo sviluppo del settore dell'acido solforico
  • 6.1 Processo di Vitriol
  • 6.2 Telecamere principali
• 7 Produzione attuale: processo di contatto
  • 7.1 Processo a doppio contatto
• 8 Materie prime utilizzate nella produzione di acido solforico
  • 8.1 Pirite
  • 8.2 Anidride solforosa
  • 8.3 Riciclaggio
• 9 effetti clinici
• 10 Sicurezza e rischi
  • 10.1 Classi di pericolosità del GHS
  • 10.2 Codici dei consigli prudenziali
• 11 riferimenti

Vitriolo, la storia dell'acido solforico

Nell'Europa medievale, l'acido solforico era noto come vetriolo, olio di vetriolo o liquore al vetriolo dagli alchimisti. Era considerato la sostanza chimica più importante e cercava di essere usato come una pietra filosofale.

I Sumeri avevano già una lista di diversi tipi di vetriolo. Inoltre, Galen, il dottore greco Dioscorides e Plinio il Vecchio hanno proposto il suo uso medico.

In opere alchemiche ellenistiche già menzionate gli usi metallurgici delle sostanze vitriólicas. Il vitriolo è un gruppo di minerali vetrosi da cui è possibile ottenere acido solforico.

formula

-Formula: H₂SW₄

-Numero Cas: 7664-93-9

Struttura chimica

In 2D

3D

lineamenti

Proprietà fisiche e chimiche

L'acido solforico appartiene al gruppo reattivo di acidi fortemente ossidanti.

Reazioni con aria e acqua

- La reazione con l'acqua è trascurabile a meno che l'acidità è superiore 80-90%, allora il calore di idrolisi è estrema, può causare gravi ustioni.

infiammabilità

- Gli acidi fortemente ossidanti non sono generalmente infiammabili. Possono accelerare la combustione di altri materiali fornendo ossigeno al sito di combustione.

- Tuttavia, l'acido solforico è altamente reattivo e in grado di infiammare materiali combustibili finemente suddivisi a contatto con essi.

- Quando riscaldato, emette fumi altamente tossici.

- È esplosivo o incompatibile con un'enorme varietà di sostanze.

- Può subire violenti cambiamenti chimici ad alte temperature e pressioni.

- Può reagire violentemente con l'acqua.

reattività

- L'acido solforico è fortemente acido.

- Reagisce violentemente con pentafluoruro di bromo.

- Esplodere con para-nitrotoluene a 80 ° C.

- Un'esplosione si verifica quando l'acido solforico concentrato viene miscelato con permanganato di potassio cristallino in un contenitore contenente umidità. Si forma l'epossido di manganese, che esplode a 70 ° C.

- La miscela di acrilonitrile con acido solforico concentrato deve essere mantenuta ben raffreddata, altrimenti si verificherà una reazione esotermica vigorosa.

- La temperatura e la pressione sono aumentare miscelazione in acido solforico recipiente chiuso (96%) in porzioni uguali con qualsiasi delle seguenti sostanze: acetonitrile, acroleina, 2-amminoetanolo, idrossido di ammonio (28%), anilina, n-butirraldeide , acido clorosolfonico, etilendiammina, etileneimmina, epicloridrina, etilene cianoidrina, acido idrogeno (36%), acido fluoridrico (48,7%), propiolattone, ossido di propilene, idrossido di sodio, stirene monomero.

- L'acido solforico (concentrato) è estremamente pericoloso a contatto con carburi, bromati, clorati, materiali fulminanti, picrati e metalli in polvere.

- Può indurre la violenta polimerizzazione del cloruro di allile e reagire esotermicamente con l'ipoclorito di sodio per produrre gas cloro.

- La miscelazione di acido clorosolforico e acido solforico al 98% dà HCl.

 tossicità

- L'acido solforico è corrosivo per tutti i tessuti del corpo. L'inalazione di vapore può causare gravi danni ai polmoni. Il contatto con gli occhi può provocare una perdita totale della vista. Il contatto con la pelle può causare grave necrosi.

- L'ingestione di acido solforico, in quantità compresa tra 1 cucchiaino e mezza oncia della sostanza chimica concentrata, può essere fatale per un adulto. Anche poche gocce possono essere fatali se l'acido accede alla trachea.

- L'esposizione cronica può causare tracheobronchite, stomatite, congiuntivite e gastrite. La perforazione gastrica e la peritonite possono verificarsi e possono essere seguite dal collasso circolatorio. Lo shock circolatorio è spesso la causa immediata della morte.

- Quelli con malattie nervose respiratorie, gastrointestinali o croniche e qualsiasi malattia oculare e cutanea sono a maggior rischio.

applicazioni

- L'acido solforico è una delle sostanze chimiche industriali più utilizzate al mondo. Ma la maggior parte dei suoi usi può essere considerata come indiretta, partecipando come reagente anziché come ingrediente

- La maggior parte dell'acido solforico finisce come acido speso nella produzione di altri composti o come una sorta di residuo di solfato.

- Un certo numero di prodotti incorporano zolfo o acido solforico, ma quasi tutti sono prodotti speciali a basso volume.

- Circa il 19% dell'acido solforico prodotto nel 2014 è stato consumato in una serie di processi chimici e il resto è stato consumato in un'ampia varietà di applicazioni industriali e tecniche.

- La crescita della domanda di acido solforico a livello mondiale, in ordine decrescente, è dovuto alla produzione di acido fosforico, biossido di titanio, acido fluoridrico, solfato di ammonio e trattamento dell'uranio e applicazioni metallurgiche.

indiretto

- Il più grande consumatore di acido solforico è, di gran lunga, l'industria dei fertilizzanti. Esso rappresentava poco più del 58% del consumo mondiale totale nel 2014. Tuttavia, questa percentuale dovrebbe diminuire a circa il 56% entro il 2019, principalmente a causa dell'aumento della crescita di altre applicazioni chimiche e industriali.

- La produzione di materiali fertilizzanti fosfatici, in particolare l'acido fosforico, è il principale mercato per l'acido solforico. Viene anche utilizzato per la produzione di materiali fertilizzanti come il perfosfato triplo e i fosfati mono- e diammonico. Piccole quantità vengono utilizzate per la produzione di perfosfato e solfato di ammonio.

- In altre applicazioni industriali, notevoli quantità di acido solforico vengono utilizzati come disidratazione mezzo di reazione acida, nei processi di reazioni organiche e petrolchimico chimico coinvolgendo come nitrazione, condensazione e disidratazione, così come raffinazione olio, dove viene utilizzato per la raffinazione, l'alchilazione e la purificazione dei distillati grezzi.

- Nell'industria chimica inorganica il suo uso è notevole nella produzione di pigmenti di TiO2, acido cloridrico e acido fluoridrico.

- Nei metalli industria di trasformazione, acido solforico per decapaggio dell'acciaio, minerali di rame lisciviazione, l'uranio, vanadio viene utilizzato nella lavorazione idrometallurgica di minerali, e nella preparazione di bagni elettrolitici per la purificazione e la placcatura metalli non ferrosi.

- Alcuni processi di spappolamento legno nell'industria della carta, nella produzione di alcuni tessuti, nella fabbricazione di fibre e di concia delle pelli, richiedono anche acido solforico.

diretto

- Probabilmente il più grande uso dell'acido solforico in cui lo zolfo è incorporato nel prodotto finale è nel processo di solfonazione organica, in particolare per la produzione di detergenti.

- La solfonazione svolge anche un ruolo importante nell'ottenere altri prodotti chimici organici e prodotti farmaceutici minori.

- Le batterie al piombo sono uno dei prodotti di consumo contenenti acido solforico più noti e rappresentano solo una piccola parte del consumo totale di acido solforico.

- In determinate condizioni, l'acido solforico viene utilizzato direttamente in agricoltura, per la riabilitazione di terreni molto alcalini, come quelli che si trovano nelle regioni desertiche degli Stati Uniti occidentali. Tuttavia, questo uso non è molto importante in termini di volume totale di acido solforico utilizzato.

Lo sviluppo del settore dell'acido solforico

Processo di vetriolo

Il metodo più antico per ottenere l'acido solforico è il cosiddetto "processo di vetriolo", che si basa sulla decomposizione termica dei vetrioli, che sono solfati di vario tipo, di origine naturale.

alchimisti persiani, Jabir ibn Hayyan (anche conosciuto come Geber, 721-815 dC), Razi (865-925 dC) e Jamal al-Din Watwat (1318 dC), incluso il vetriolo nei loro elenchi di classificazione minerale.

La prima menzione del "processo di vetriolo" appare negli scritti di Jabir ibn Hayyan. Quindi, gli alchimisti sant'Alberto Magno e Basilius Valentinus descrissero il processo in modo più dettagliato. Alum e calcantite (vetriolo blu) sono stati usati come materie prime.

Alla fine del Medioevo, l'acido solforico è stato ottenuto in piccole quantità in contenitori di vetro, in cui lo zolfo è stato bruciato con salnitro in un ambiente umido.

Il processo di vetriolo è stato utilizzato su scala industriale dal XVI secolo a causa di una maggiore richiesta di acido solforico.

Vitriolo de Nordhausen

Il focus della produzione incentrata sulla città tedesca di Nordhausen (cosiddetta cominciò a vetriolo come "vetriolo Nordhausen"), dove il ferro (II) solfato è stato utilizzato (vetriolo, FeSO₄ - 7 ore₂O) come materia prima, che è stata riscaldata, e il triossido di zolfo risultante è stato miscelato con acqua per ottenere l'acido solforico (olio di vetriolo).

Il processo è stato effettuato in galee, alcune delle quali presentavano più livelli, in parallelo, al fine di ottenere quantità maggiori di olio di vetriolo.

Telecamere leader

Nel XVIII secolo fu sviluppato un processo più economico per la produzione di acido solforico noto come "processo della camera di piombo".

Fino allora la concentrazione massima dell'acido ottenuto era del 78%, mentre il "processo vetriolo" concentrato acido e oleum è stato ottenuto, quindi questo metodo è stato ancora utilizzato in taluni settori dell'industria fino all'avvento del "processo contatto "nel 1870, con il quale l'acido concentrato potrebbe essere ottenuto più a buon mercato.

Oleum o oleum (CAS: 8014-95-7) è una soluzione di consistenza oleosa e marrone scuro composizione variabile di triossido di zolfo e di acido solforico, che può essere descritto dalla formula H₂SW₄.xSO₃ (dove x rappresenta il contenuto molare libero di ossido di zolfo (VI)). Un valore per x di 1 fornisce la formula empirica H₂S₂O₇, che corrisponde all'acido disulfurico (o all'acido pirosulfurico).

processo

Il processo della camera di piombo era il metodo industriale utilizzato per produrre acido solforico in grandi quantità, prima di essere soppiantato dal "processo di contatto".

Nel 1746 a Birmingham, in Inghilterra, John Roebuck ha iniziato a produrre acido solforico in camere rivestite di piombo, che erano più forti e meno costoso di contenitori di vetro che erano stati usati in precedenza, e potrebbe essere molto più grande.

Il diossido di zolfo (dalla combustione dello zolfo elementare o dei minerali metalliferi contenenti zolfo, come la pirite) è stato introdotto con vapore e ossido di azoto in ampie camere rivestite con foglie di piombo.

Il biossido di zolfo e il biossido di azoto sono stati disciolti e, per un periodo di circa 30 minuti, il biossido di zolfo è stato ossidato in acido solforico.

Ciò ha permesso l'industrializzazione efficace della produzione di acido solforico e, con vari affinamenti, questo processo è rimasto il metodo di produzione standard per quasi due secoli.

Nel 1793, Clemente e Desormes ottennero risultati migliori introducendo aria supplementare nel processo della camera di piombo.

Nel 1827, Gay-Lussac introdusse un metodo per assorbire gli ossidi di azoto dai gas di scarico della camera di piombo.

Nel 1859, Glover sviluppato un metodo per il recupero di ossidi di azoto da acido appena formata mediante strippaggio con gas caldi, che ha reso possibile il processo di ossido di azoto catalizzata continuamente.

Nel 1923, Petersen introdusse un processo di torre migliorato che consentì la sua competitività rispetto alla procedura di contatto fino agli anni '50.

Il processo camerale divenne così solido che nel 1946 rappresentava ancora il 25% della produzione mondiale di acido solforico.

Produzione attuale: processo di contatto

Il processo di contatto è l'attuale metodo di produzione di acido solforico in alte concentrazioni, necessario nei moderni processi industriali. Il platino era il catalizzatore di questa reazione. Tuttavia, il pentossido di vanadio (V2O5) è ora preferito.

Nel 1831, a Bristol, Inghilterra, Peregrine Phillips brevettò l'ossidazione del biossido di zolfo in triossido di zolfo usando un catalizzatore di platino a temperature elevate.

Tuttavia, l'adozione della sua invenzione e lo sviluppo intensivo del processo di contatto iniziarono solo dopo che la domanda di oleum per la produzione di coloranti aumentò da circa il 1872.

Successivamente, sono stati cercati catalizzatori solidi migliori e sono state studiate la chimica e la termodinamica dell'equilibrio SO2 / SO3.

Il processo di contatto può essere suddiviso in cinque fasi:

1. Combinazione di zolfo e diossigeno (O2) per formare biossido di zolfo.
2. Purificazione del biossido di zolfo in un'unità di purificazione.
3. Aggiunta di un eccesso di diossigeno a biossido di zolfo in presenza del catalizzatore di pentossido di vanadio, a temperature di 450 ° C e pressione di 1-2 atm.
4. Il triossido di zolfo formato viene aggiunto all'acido solforico che dà origine all'olio (acido disolfurico).
5. L'oleum viene quindi aggiunto all'acqua per formare acido solforico che è molto concentrato.

Lo svantaggio fondamentale dei processi di ossido di azoto (durante il processo della camera di piombo) è che la concentrazione dell'acido solforico ottenuto è limitata ad un massimo del 70-75%, mentre il processo di contatto produce acido concentrato (98). %).

Con lo sviluppo di catalizzatori al vanadio relativamente economici per il processo di contatto, insieme alla crescente domanda di acido solforico concentrato, la produzione globale di acido solforico negli impianti di lavorazione dell'ossido di azoto è diminuita costantemente.

Nel 1980 non esisteva praticamente acido prodotto negli impianti di produzione dell'ossido di azoto nell'Europa occidentale e nel Nord America.

Doppio processo di contatto

Il processo Double Contact Double Absorption (DCDA o Double Contact Double Absorption) ha apportato miglioramenti al processo di contatto per la produzione di acido solforico.

Nel 1960, Bayer fece domanda per un brevetto per il cosiddetto processo di doppia catalisi. Il primo impianto che ha utilizzato questo processo è stato lanciato nel 1964.

Incorporando una fase di assorbimento di SO₃ preliminare prima degli stadi catalitici finali, il processo di contatto migliorato ha permesso un aumento significativo della conversione SO₂ , riducendo sostanzialmente le sue emissioni nell'atmosfera.

I gas vengono fatti passare attraverso la colonna di assorbimento finale, ottenendo non solo un'elevata efficienza di conversione SO₂ SO₃ (di circa il 99,8%), ma consente anche la produzione di una maggiore concentrazione di acido solforico.

La differenza essenziale tra questo processo e il normale processo di contatto è nel numero di fasi di assorbimento.

A partire dagli anni '70, i principali paesi industriali hanno introdotto norme più severe per la protezione dell'ambiente e il processo di doppio assorbimento è stato generalizzato nei nuovi stabilimenti. Tuttavia, il processo di contatto convenzionale continua ad essere utilizzato in molti paesi in via di sviluppo con standard ambientali meno rigorosi.

Il più grande impulso per lo sviluppo attuale del processo di contatto è focalizzato sull'aumento del recupero e dell'utilizzo della grande quantità di energia prodotta nel processo.

In effetti, una grande e moderna pianta di acido solforico può essere vista non solo come un impianto chimico, ma anche come una centrale termica.

Materie prime utilizzate nella produzione di acido solforico

pirite

La pirite era la materia prima dominante nella produzione di acido solforico fino alla metà del 20 ° secolo, quando grandi quantità di zolfo elementale cominciarono a essere recuperate dal processo di raffinazione del petrolio e dalla purificazione del gas naturale, diventando il materiale principale premio del settore.

Anidride solforosa

Attualmente, l'anidride solforosa è ottenuta con metodi diversi, da diverse materie prime.

Negli Stati Uniti, l'industria si è basata dall'inizio del XX secolo per ottenere zolfo elementare dai depositi sotterranei con il "Processo Frasch".

L'acido solforico moderatamente concentrato viene prodotto anche mediante riconcentrazione e purificazione di grandi quantità di acido solforico ottenuto come sottoprodotto di altri processi industriali.

riciclato

Il riciclaggio di questo acido è sempre più importante dal punto di vista dell'ambiente, specialmente nei principali paesi sviluppati.

La produzione di acido solforico a base di zolfo elementare e pirite è, ovviamente, relativamente sensibile alle condizioni di mercato, poiché l'acido prodotto da questi materiali rappresenta un prodotto primario.

D'altra parte, quando l'acido solforico è un prodotto secondario, prodotto come mezzo per eliminare lo spreco di un altro processo, il livello della sua produzione non è dettato dalle condizioni del mercato dell'acido solforico, ma dalle condizioni di mercato per il prodotto primario.

Effetti clinici

-L'acido solforico è utilizzato nell'industria e in alcuni prodotti per la pulizia della casa, come i detergenti per il bagno. Viene anche utilizzato nelle batterie.

-L'ingestione deliberata, in particolare di prodotti ad alta concentrazione, può causare gravi lesioni e morte.Queste esposizioni per ingestione sono rari negli Stati Uniti, ma sono comuni in altre parti del mondo.

-E 'un acido forte che provoca danni ai tessuti e coagulazione delle proteine. Corrosivo per la pelle, occhi, naso, membrane mucose, del tratto respiratorio e del tratto gastrointestinale, o qualsiasi tessuto con cui viene a contatto.

-La gravità della lesione è determinata dalla concentrazione e dalla durata del contatto.

-le esposizioni lievi (concentrazioni inferiori al 10%), solo causare irritazione della pelle, del tratto respiratorio superiore e la mucosa gastrointestinale.

-Le effetti respiratori di esposizione per inalazione acuta includono irritazione del naso e della gola, tosse, starnuti, broncospasmo reflex, dispnea e edema polmonare. La morte può avvenire da un collasso circolatorio improvviso, della glottide e l'edema delle vie aeree compromesso o di danno polmonare acuto.

-Il ingestione di acido solforico può causare immediato epigastrico dolore, nausea, salivazione e vomito, aspetto materiale mucoide o emorragico di "caffè macinato". Occasionalmente si osserva vomito di sangue fresco.

-Il apporto concentrato di acido solforico può causare la corrosione di esofago, necrosi e perforazione dell'esofago o dello stomaco, in particolare nel piloro. Occasionalmente si osserva una lesione dell'intestino tenue. Le complicanze successive possono includere la stenosi e la formazione di fistole. Dopo l'ingestione, può svilupparsi acidosi metabolica.

- Gravi ustioni della pelle possono verificarsi con necrosi e cicatrici. Questi possono essere fatali se viene interessata un'area sufficientemente ampia della superficie corporea.

-L'occhio è particolarmente sensibile alle lesioni da corrosione. Irritazione, lacrimazione e congiuntivite possono svilupparsi anche a basse concentrazioni di acido solforico. Schizzi con acido solforico ad alte concentrazioni provocano: ustioni della cornea, la perdita della vista e, occasionalmente, globo perforazione.

-La esposizione cronica può essere associata con i cambiamenti nella funzione polmonare, bronchite cronica, enfisema, congiuntivite, infezioni respiratorie frequenti, gastrite, erosione dello smalto dei denti, e possibilmente cancro respiratorio.

Sicurezza e rischi

Dichiarazioni sui pericoli del sistema globale armonizzato per la classificazione e l'etichettatura delle sostanze chimiche (SGA)

Il sistema mondiale armonizzato di classificazione ed etichettatura delle sostanze chimiche (GHS) è un sistema concordato a livello internazionale, creato dalle Nazioni Unite destinata a sostituire i vari standard di classificazione e di etichettatura utilizzati nei diversi paesi che utilizzano criteri coerenti in tutto il mondo (Nazioni United, 2015).

classi di pericolo (e il suo corrispondente capitolo del GHS) norme di classificazione ed etichettatura, e le raccomandazioni per l'acido solforico sono i seguenti (Agenzia europea delle sostanze chimiche, 2017; delle Nazioni Unite, 2015; PubChem, 2017):

Classi di pericolo dell'SGA

H303: Può essere nocivo se [Attenzione Tossicità acuta, per via orale - Categoria 5] ingerito (PubChem, 2017).

H314: Provoca gravi ustioni cutanee e lesioni agli occhi [Pericolo Corrosione / irritazione - Categoria 1A, B, C] (PubChem, 2017).

H318: Provoca gravi lesioni oculari [serio pericolo oculare / irritazione oculare - Categoria 1] (PubChem, 2017).

H330: Mortale per inalazione [pericolo di tossicità acuta, per inalazione - Categoria 1, 2] (PubChem, 2017).

H370: Provoca danni d'organo [Pericolo tossicità d'organo bersaglio specifico, esposizione singola - Categoria 1] (PubChem, 2017).

H372: Provoca danni agli organi in caso di esposizione prolungata o ripetuta [tossicità rischio specifico organo bersaglio, per esposizione ripetuta - Categoria 1] (PubChem, 2017).

H402: Nocivo per gli organismi acquatici [Pericoloso per l'ambiente acquatico, tossicità acuta - Categoria 3] (PubChem, 2017).

Codici dei consigli prudenziali

P260, P264, P270, P271, P273, P280, P284, P301 + P330 + P331, P303 + P361 + P353, P304 + P340, P305 + P351 + P338, P307 + P311, P310, P312, P314, P320, P321, P363, P403 + P233, P405, P501 e (PubChem, 2017).

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