Kyselina sírová

Kyselina sírová (zastarale též vitriol) je silná dvojsytná kyselina. Je jednou z nejdůležitějších průmyslově ve velkém množství vyráběných chemikálií. Její sumární vzorec je H2SO4 značí, že se skládá ze dvou atomů vodíku, jednoho atomu síry a čtyř atomů kyslíku. Soli od kyseliny sírové jsou sírany.

Příprava a výroba

vodní parou na H2SO4 Výroba kyseliny sírové probíhá třístupňově, přičemž prvním krokem je příprava oxidu siřičitého, který se obvykle získává buď přímým spalováním síry,

: \mathsf{S\,(s) + O_2\,(g)\ \to\ SO_2\,(g),}

nebo pražením pyritu či markazitu

: \mathsf{4\,FeS_2\,(s) + 11\,O_2\,(g)\ \to\ 8\,SO_2\,(g) + 2\,Fe_2O_3(s),}

nebo pražením sulfidu železnatého či jiných sulfidů

: \mathsf{4\,FeS + 7\,O_2\,(g)\ \to\ 4\,SO_2\,(g) + 2\,Fe_2O_3\,(s).}

Druhým krokem je oxidace oxidu siřičitého na oxid sírový. Při této reakci se jako katalyzátoru používá oxidu vanadičného V2O5

: \mathsf{2\,SO_2\,(g) + O_2\,(g)\ \xrightarrow{V_2O_5}\ 2\,SO_3\,(g)} (tzv. kontaktní způsob),

: \mathsf{\,SO_2\,(g) + NO_2\,(g)\ \to\ \,SO_3\,(g) + NO\,(g)} (tzv. komorový způsob).

Nakonec reakcí oxidu sírového s vodou vzniká kyselina sírová

: \mathsf{SO_3\,(g) + H_2O\,(l)\ \to\ H_2SO_4\,(aq).}

V průmyslu je voda nahrazena koncentrovanou kyselinou sírovou (96-98%), přičemž jako mezistupeň vzniká kyselina disírová, což je vlastně jen hemihydrát oxidu sírového 2 SO3.H2O

: \mathsf{SO_3\,(g) + H_2SO_4\,(aq)\ \to\ H_2S_2O_7\,(aq)}

: \mathsf{H_2S_2O_7\,(aq) + H_2O\,(l)\ \to\ 2\,H_2SO_4\,(aq).}

Dalším rozpouštěním oxidu sírového v kyselině sírové vzniká kyselina disírová a následně tzv. oleum, jehož ředěním se získává kyselina sírová požadované koncentrace.

: \mathsf{SO_3 + H_2SO_4\ \to\ H_2S_2O_7}

: \mathsf{SO_3 + H_2S_2O_7\ \to\ H_2S_3O_{10}}

Vlastnosti

Účinky 98% kyseliny sírové na papír Kyselina sírová je v koncentrovaném stavu hustá olejnatá kapalina, neomezeně mísitelná s vodou. +more Ředění této kyseliny je silně exotermní proces. Koncentrovaná (96-98%) má silné dehydratační a oxidační účinky (zvlášť za horka). Je hygroskopická, tj. pohlcuje vodní páry. Je velmi nebezpečnou žíravinou, způsobuje dehydrataci (zuhelnatění) organických látek. Zředěná kyselina oxidační schopnosti nemá a reaguje s neušlechtilými kovy za vzniku vodíku a síranů. Kyselina sírová je velmi reaktivní, reaguje téměř se všemi kovy kromě železa (v koncentrovaném stavu jej pasivuje), olova, zlata, platiny a wolframu, 20% vodný roztok nereaguje s mědí.

Roztok oxidu sírového v kyselině sírové se nazývá oleum. Kyselina sírová tvoří dva typy solí - sírany a hydrogensírany. +more Některé její soli tvoří hydráty.

Chemické reakce

Neušlechtilé kovy se v kyselině sírové rozpouštějí za vývoje vodíku a vzniku příslušných síranů, např.

: \mathsf{H_2SO_4\,(aq) + Zn\,(s)\ \to\ H_2\,(g) + ZnSO_4\,(aq)} : Kyselina sírová reaguje se zinkem za vzniku vodíku a síranu zinečnatého.

: \mathsf{3\,H_2SO_4\,(aq) + 2\,Al\,(s)\ \to\ 3\,H_2\,(g) + Al_2(SO_4)_3\,(aq)} : Kyselina sírová reaguje s hliníkem za vzniku vodíku a síranu hlinitého.

Podobně většina oxidů kovů se v kyselině sírové rozpouští za vzniku solí

: \mathsf{CuO\,(s) + H_2SO_4\,(aq)\ \to\ H_2O\,(l) + CuSO_4\,(aq)} : Oxid měďnatý reaguje s kyselinou sírovou za vzniku vody a síranu měďnatého.

Reakcí s amoniakem nebo jeho vodným roztokem (čpavkem) vzniká síran amonný

: \mathsf{2\,NH_3\,(g) + H_2SO_4\,(aq)\ \to\ (NH_4)_2SO_4\,(aq),}

resp.

: \mathsf{2\,NH_4OH\,(aq) + H_2SO_4\,(aq)\ \to\ (NH_4)_2SO_4\,(aq) + H_2O\,(l).}

Průmyslově významnou je reakce s fosforečnanem vápenatým, jejímž produktem je směs síranu vápenatého, hydrogenfosforečnanu vápenatého, dihydrogenfosforečnanu vápenatého a volné kyseliny fosforečné známá jako fosforečné hnojivo superfosfát

: \mathsf{Ca_3(PO_4)_2\,(s) + H_2SO_4\,(aq)\ \to\ 2\,CaHPO_4\,(aq) + CaSO_4\,(s),}

: \mathsf{Ca_3(PO_4)_2\,(s) + 2\,H_2SO_4\,(aq)\ \to\ Ca(H_2PO_4)_2\,(aq) + 2\,CaSO_4\,(s),}

: \mathsf{Ca_3(PO_4)_2\,(s) + 3\,H_2SO_4\,(aq)\ \to\ 2\,H_3PO_4\,(aq) + 3\,CaSO_4\,(s).}

Touto reakcí se původně téměř nerozpustný fosforečnan vápenatý přemění na směs rozpustnějších kyselých fosforečnanů a dobře rozpustné kyseliny fosforečné, což urychluje využití fosforu rostlinami.

Krystalová struktura

Když se smíchá 98% (ω) kyselina sírová ve správném poměru s 65% oleem, tak se získá 100% kyselina sírová, ze které byly po krystalizaci při teplotě 6-9 °C získány krystaly, z nichž byla rentgenovou strukturní analýzou stanovena její krystalová struktura. +morejpg|alt=_Čeština:_Krystalová_struktura_kyseliny_sírové_s_vazebnými_dékami_v_Ångströmech|vlevo|náhled'>Krystalová struktura kyseliny sírové s vazebnými délkami v Ångströmech Vodíkové vazby v  "crystal packingu" struktury kyseliny sírové s délkami v Ångströmech.

Využití

Využití kyseliny sírové je velmi široké. Kyselina sírová se používá zejména * při výrobě průmyslových hnojiv * při výrobě chemikálií * při výrobě plastů * při výrobě léčiv * při výrobě barviv * při výrobě výbušnin * v papírenském průmyslu * v textilním průmyslu * při výrobě syntetických vláken * při zpracování rud * při zpracování ropy * jako elektrolyt do olověných akumulátorů * při sušení a odvodňování látek * při úpravě pH vody * při výrobě kolových nápojů * v domácnostech jako čistič odpadů

Kvůli omezení dostupnosti prekurzorů výbušnin veřejnost nemůže držet ani kupovat přípravky s obsahem kyseliny sírové více než 15% hmotnosti

Reference

Literatura

Externí odkazy

[url=https://web.archive.org/web/20060911164251/http://www.inchem.org/documents/sids/sids/7664939.pdf]Sulfuric acid[/url] - UNEP publication (vliv na prostředí, toxikologie, angl.)

Sírová Kategorie:Sírany Kategorie:Oxidující kyseliny Kategorie:Žíraviny 6 Kategorie:Dehydratační činidla Kategorie:Desikanty sírová