Kyselina sírová (zastarale též vitriol) je silná dvojsytná kyselina. Je jednou z nejdůležitějších průmyslově ve velkém množství vyráběných chemikálií. Její sumární vzorec je H2SO4, což značí, že se skládá ze dvou atomů vodíku, jednoho atomu síry a čtyř atomů kyslíku. Soli kyseliny sírové jsou sírany.
Příprava a výroba Výroba kyseliny sírové probíhá třístupňově, přičemž prvním krokem je příprava oxidu siřičitého, který se obvykle získává buď přímým spalováním síry, S(s) + O2(g) → SO2(g)
nebo pražením pyritu či markazitu 4 FeS2(s) + 11 O2(g) → 8 SO2(g) + 2 Fe2O3(s)
nebo pražením sulfidu železnatého či jiných sulfidů 4 FeS + 7 O2(g) → 4 SO2(g) + 2 Fe2O3(s)
Druhým krokem je oxidace oxidu siřičitého na oxid sírový. Při této reakci se jako katalyzátoru používá oxidu vanadičného V2O5, tento způsob výroby se označuje jako kontaktní 2 SO2(g) + O2(g) → 2 SO3(g)
Starší způsob, komorový, využíval jako oxidační činidlo oxid dusičitý: SO2(g) + NO2(g) → SO3(g) + NO(g) (komorový způsob)
Nakonec reakcí oxidu sírového s vodou vzniká kyselina sírová SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(aq)
V průmyslu je voda nahrazena koncentrovanou kyselinou sírovou (96–98%), přičemž jako mezistupeň vzniká oleum, příp. kyselina disírová, což je vlastně jen hemihydrát oxidu sírového 2 SO3·H2O SO3(g) + H2SO4(aq) → H2S2O7(aq) H2S2O7(aq) + H2O(l) → 2 H2SO4(aq)
Vlastnosti náhled|vlevo|Účinky 98% kyseliny sírové na papír Kyselina sírová je v koncentrovaném stavu hustá olejnatá kapalina, neomezeně mísitelná s vodou. 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. Některé její soli tvoří hydráty.
Chemické reakce Neušlechtilé kovy se v kyselině sírové rozpouštějí za vývoje vodíku a vzniku příslušných síranů, např. H2SO4(aq) + Zn(s) → H2(g) + ZnSO4(aq) 3 H2SO4(aq) + 2 Al(s) → 3 H2(g) + Al2(SO4)3(aq)
Podobně většina oxidů kovů se v kyselině sírové rozpouští za vzniku solí: CuO(s) + H2SO4(aq) → H2O(l) + CuSO4(aq)
Reakcí s amoniakem nebo jeho vodným roztokem (čpavkem) vzniká síran amonný: 2 NH3(g) + H2SO4(aq) → (NH4)2SO4(aq)
resp. 2 NH4OH(aq) + H2SO4(aq) → (NH4)2SO4(aq) + H2O(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: Ca3(PO4)2(s) + H2SO4(aq) → 2 CaHPO4(aq) + CaSO4(s) Ca3(PO4)2(s) + 2 H2SO4(aq) → Ca(H2PO4)2(aq) + 2 CaSO4(s) Ca3(PO4)2(s) + 3 H2SO4(aq) → 2 H3PO4(aq) + 3 CaSO4(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.
Využití Využití kyseliny sírové je velmi široké. Kyselina sírová se používá zejména při výrobě průmyslových hnojiv při výrobě chemikálií (např. síranů) 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 v domácnostech jako čistič odpadů
Kvůli omezení dostupnosti prekurzorů výbušnin nemůže veřejnost v EU držet ani kupovat přípravky s obsahem kyseliny sírové více než 15 % hmotnosti.
Historie výroby Kyselina sírová byla dlouhou dobu známá pod zastaralým názvem „vitriolový olej“. První stopy o jejím získávání jsou v textech alchymisty Abú Músa Džábir ibn Hajjána z 8. století. O možných výrobních postupech se pak zmiňují i alchymistické spisy Alberta Velikého (1200–1280) a Basila Valentina (kolem roku 1600). Tyto procesy popisují, jak lze vitriolový olej získat z přirozeně se vyskytujících síranů – jako je chalkantit nebo kamenec. Název vitriolový olej je odvozen od zastaralého názvu vitriol (latinsky Vitriolum) – obecného názvu pro krystalické sírany (soli kyseliny sírové) dvojmocných kovů s obsahem vody. Prvním zdrojem velkého množství kyseliny sírové byl síran železnatý. Od 16. století se kyselina sírová vyráběla v Čechách, Sasku a v pohoří Harz rozkladem síranů za vysokých teplot a reakcí vzniklého oxidu s vodou.Schwefelsäure in: Meyers Großes Konversations-Lexikon. Leipzig 1905–1909, Band 18, S. 160–163.
První vědecké pokusy s kyselinou sírovou v 17. století prováděl Johann Rudolf Glauber. Nechal kyselinu působit na kuchyňskou sůl a tím získal kyselinu chlorovodíkovou a Glauberovu sůl, síran sodný, který byl po něm pojmenován.
Komorový proces Od 19. století se v průmyslové výrobě používal tzv. komorový proces, také označovaný jako komorový systém, objevený již 1746 Johnem Roebuckem. Kyselinu vyráběl z oxidu siřičitého získaného pražením pyritu v oxidačních pecích. Plyn byl odváděn do olověných komor, kde reagoval s oxidy dusíku (původně získávanými z ledků) a následně s vodou za vzniku kyseliny. Tímto způsobem bylo možné získat zhruba 64–70% (50–54 °Bé) kyselinu. Pokud byl systém vybaven Gloverovou věží (používala se k odstranění oxidů dusíku z kyseliny a zvyšování koncentrace, zavedena byla po polovině 19. století a obvykle používána v tandemu se starší Gay–Lussacovou věží, zavedenou 1834), mohla být produktem až 78% (60 °Bé) kyselina. Tímto procesem nebylo možné získat výrazně koncentrovanější kyselinu než ~80%, což však nebyl problém, neboť 64–78 % dostačovalo pro řadu technologií tehdejšího chemického průmyslu. Produkt získaný tímto procesem se označoval jako anglická kyselina sírová.
Kontaktní proces Po roce 1875 byl do průmyslové výroby postupně zaváděn nový kontaktní proces, kterým bylo možné získat i 96–98% kyselinu (≥66 °Bé). Zprvu se kontaktní proces využíval pro výrobu olea, nikoli jako náhrada komorového procesu. Ten začal nahrazovat až počátkem 20. století, zejména kolem roku 1915, kdy byl drahý platinový katalyzátor nahrazen levnějším vanadiovým. Komorový systém se ale mohl udržet v provozech, kde nebyla potřeba vyšší koncentrace, zhruba do poloviny 20. století.
Odkazy Reference
Literatura
Externí odkazy
Sulfuric acid – UNEP publication (vliv na prostředí, toxikologie, angl.)
Sírová Kategorie:Oxidující kyseliny Kategorie:Žíraviny 6 Kategorie:Dehydratační činidla Kategorie:Desikanty