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 .
الصيغة الكيميائية
H2SO4
التركيب الكيميائي
الخواص الفيزيائية لحمض الكبريتيك
حمض الكبريتيك سائل عديم اللون .
زيتي القوام لا رائحة له عندما 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 حرارة 10 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
تحضير حمض الكبريتيك
تعتمد طرق تحضير حمض الكبريتيك بصفة أساس على الكبريت والكبريتات كمواد أولية , كما أنها تحتاج الى تنقية عالية نتيجة النشاط الكيميائي الشديد للحامض , وتتمثل طرق تصنيع حامض الكبريتيك في طريقتين هما :
طريقة غرف الرصاص
وتعرف أيضاً بطريقة أكسيد النيتروجين , وهي طريقة قديمة إلا أنها لا زالت تستعمل في بعض البلدان وتتمثل هذه الطريقة في الخطوات التالية :
1- تفاعل ثاني أكسيد الكبريت مع الماء في وجود أكسيد النيتروجين , وفق التفاعل التالي :
SO2 + H2O + NO2 -------->gt; H2SO4 + NO
2- أكسدة أول أكسيد النيتروجين (NO ) الناتج من التفاعل السابق للحصول على ثاني أكسيد النيتروجين وذلك كما يلي :
X2NO + O 2 --------->gt; 2NO2
3- إعادة ثاني أكسيد النيتروجين لبرج التفاعل مرة أخرى لتفاعله مع الماء وثاني أكسيد الكبريت للحصول على الحامض ... وهكذا .
SO2 + H2O + NO2 ---------> H2SO4 + NO
طريقة التماس ( التلامس )
تم إكتشاف هذه الطريقة عام 1831 م , ثم طورت حتى أصبحت في الوقت الحاضر أرخص طرق تصنيع حمض الكبريت وأكثرها إنتشاراً .
تتم طريقة التماس من خلال عدة مراحل , هي كالتالي :
1- صهر عنصر الكبريت وترشيحة لفصل الأجزاء غير المنصهرة عنه .
2- ضخ المصهور الى وحدة حرق الكبريت للحصول على غاز ثاني أكسيد الكبريت الذي يمرر على سخان ثم الى مرشح الغاز الحار لتنقيته من الشوائب وفقاً للمعادلة التالية :
S + O2 -------> SO2
3- إدخال غاز ثاني أكسيد الكبريت الى برج التحويل المحتوي على محفز – مثل معدن البلاتين أو الفناديوم – ليتأكسد ويتحول الى ثالث أكسيد الكبريت في وجود الهواء عند درجة حرارة معينة للحصول على أعلى مردود (97 % - 98 % ) من الغاز الناتج وفقاً للتفاعل التالي :
x2SO2 + O2 --------> 2SO3
4- إمتصاص غاز ثالث أكسيد الكبريت بواسطة الماء
SO3 + H2O --------> H2SO4
ثم أخذ المحلول الى وسط برج الأوليوم – حامض الكبريت مكثف مذاباً فيه ثالث أكسيد الكبريت – ليقابل حمض الكبريت الداخل من وسط البرج من الطرف الآخر .
5- أخذ جزء من الناتج من أسفل البرج الى مبرد الأوليوم ليصعد جزء منه مرة أخرى الى أعلى البرج , بينما يتجه الجزء الآخر من الحامض الناتج الى الخزانات .
6- سحب الغازات المنطلقة من أعلى برج الأوليوم الى برج الإمتصاص لتقابل حامض الكبريت حيث يمتص جزء منها ويخرج الباقي من فتحة في أعلى برج الامتصاص .
7- تنقية حمض الكبريت وتركيزه , وذلك بتبخير الحامض الناتج للحصول على ثالث أكسيد الكبريت , الذي يتم امتصاصه في أعمدة من الكوارتز لتحويله الى حامض نقي .
يختلف تركيز الحمض الناتج باختلاف درجة تبخير الحامض حيث يصل تركيزه الى 96 % عند درجة حرارة 300 درجة مئوية , بينما يصل تركيزه الى 98.3 % عند درجة حرارة 330 درجة مئوية , وللحصول على تراكيز معينة للحامض تستخدم مبخرات خاصة عند ضغوط معينة .
الخواص الكيميائية لحمض الكبريتيك
يتفكك حمض الكبريتيك كلياً - عند درجة حرارة 430 درجة مئوية - متحولاً الى بخار الماء و ثالث أكسيد الكبريت الذي يتفكك بدوره الى غازي ثاني أكسيد الكبريت والأكسجين .
حمض الكبريتيك كعامل مزيل للماء
لحمض الكبريتيك ميل كبير للماء واذا مزج معه انطلقت كمية كبيرة من الحرارة , لذلك فمن الخطر عند تخفيف الحمض أن يضاف الماء اليه لان الحرارة الناتجة تعمل على تبخير الماء فيدفع البخار بعض الحمض بقوة كبيرة , لذلك يجب إضافة الحمض بالتدريج الى وعاء كبير من الماء مع التحريك المستمر لتوزيع الحرارة .
يستطيع حمض الكبريتيك انتزاع الماء من كثير من المركبات كالكربوهيدرات حيث يحولها الى كتلة إسفنجية من الكربون .
C12H22O11(s) + 11H2SO4 --------> 12C(s) + 11H2SO4.H2O
كما أن قدرة حمض الكبريتيك على إزالة الماء جعلته يستخدم في تفاعلات الاسترة والنيترة لإزالة الماء الناتج في هذه التفاعلات وبذلك يمنع انعكاس التفاعل .
C2H5OH + CH3COOH = CH3COOC2H5 + H2O
الخواص الحمضية لحمض الكبريتيك
يتأين حمض الكبريتيك في المحلول المائي مكوناً أيونات الهيدروجين .
H2SO4 ===> 2H(+) + SO4(2-) x
يتفاعل حمض الكبريتيك مع القواعد والقلويات مكوناً الكبريتات العادية أو الكبريتات الحمضية .
H2SO4 +2NaOH ------> Na2SO4 + 2H2O
H2SO4 + NaOH ------> NaHSO4 + H2O
ونظراً لارتفاع درجة غليان حمض الكبريت بالنسبة للأحماض العادية الأخرى فإنه أقل تطايراً منها ولذا يتفاعل الحمض المركز مع أملاح هذه الأحماض ويزيح أحماضها .
فيتفاعل مثلاً مع الكلوريدات مكوناً كلوريد الهيدروجين .
H2SO4 +2NaCl = Na2SO4 + 2HCl
و مع النترات مكوناً حمض النيتريك .
H2SO4 +2NaNO3 = Na2SO4 + 2HNO3
كما يمكن أن يتفاعل مع كلاً من CaF2 و NaI
H2SO4 + CaF2 -------> 2 HF + CaSO4
H2SO4 + 2 NaI --------> 2 HI + Na2SO4
حمض الكبريتيك كعامل مؤكسد
لحمض الكبريت المركز الساخن خواص مؤكسدة بالإضافة الى خواصه الحمضية فيتفاعل مع كثير من الفلزات حيث يختزل الى ثاني أكسيد الكبريت كما في حالة النحاس مثلاً .
Cu + 2 H2SO4 ==> CuSO4 + SO2 + 2 H2O
ويتفاعل الحمض المركز مع الخارصين وينتج بالإضافة الى ثاني أكسيد الكبريت بعض كبريتيد الهيدروجين والكبريت .
ويؤكسد الحمض أيضاً كثيراً من اللا فلزات كالكربون والكبريت .
C + 2H2SO4 = CO2 + 2SO2 + 2H2O
S + 2H2SO4 = 3SO2 + 2H2O
تفاعل حمض الكبريتيك مع المركبات العضوية العطرية
يتفاعل حمض الكبريتيك المركز مع الكثير من المركبات العضوية العطرية حيث تستبدل ذرة من ذرات الهيدروجين بها بمجموعة حمض السلفونيك , ولهذا التفاعل أهمية كبيرة في تحضير الكثير من المركبات كا لفينول والسكارين , فيتفاعل مثلاً مع البنزين مكوناً حمض البنزين سلفونيك .
C6H6 + HO.SO2.OH = (C6H5.SO2.OH) + H2O
استخدامات حمض الكبريتيك
لحمض الكبريتيك استخدامات عديدة فهو يدخل بشكل ما في معظم المواد المصنوعة تقريباً ويعتبر مستوى انتاجه دليلاً على القدرة الصناعية لأي بلد وتعود وفرة استخدامه الى رخصه وتنوع تأثيره الكيميائي .
يدخل حمض الكبريتيك في انتاج الأصباغ والكحولات والبلاستيك والمطاط وصناعة الصابون والمنظفات والمفرقعات وحفظ بعض الأطعمة وفي صناعة الورق و صناعة الحديد والنحاس و سحب الألمنيوم , كما يدخل في منتجات صيدلية ونفطية عديدة .
ولعل أهم استخداماته تتمثل بصفة أساس فيما يلي :
1- كمادة مؤكسدة ونازعة للماء .
لذا يستخدم حمض الكبريت في تجفيف المركبات الكيميائية من الماء .
2- إنتاج الأسمدة الكيميائية مثل :
أ- سماد سوبر الفوسفات الأحادية .
وذلك بتفاعل حمض الكبريتيك مع الصخور الفوسفاتية كما يلي :
x2H2SO4 + Ca3(PO4)2 --------> CaSO4 + Ca(H2PO4)2
ب- سماد كبريتات الأمونيوم .
ويحضر بتفاعل حمض الكبريت مع الأمونيا على النحو التالي :
H2SO4 + 2NH3 -------> (NH4)2SO4
3- تحضير الكبريتات .
مثل كبريتات الصوديوم ( تستخدم في صناعة الورق والمنظفات والزجاج وتحلية المياه) , وكبريتات الألومنيوم ( صناعة الزيوت وتكرير النفط) , وكبريتات البوتاسيوم ( صناعة الأسمدة والزجاج والشبة والمواد الغذائية ) .
مثال يوضح كيفية تحضير كبريتات الصوديوم بواسطة حمض الكبريتيك :
H2SO4 + NaCl -------> NaHSO4 + HCl
NaHSO4 + NaCl -------> Na2SO4 + HCl
4- صناعة بطاريات السيارات .
ويسمى حمض الكبريت في هذه الحالة بماء النار أو الأسيد (Acid) , ويصل تركيزه في البطارية الى 33.33 % حامض كبريتيك .
حمض الكبريتيك والمطر الحمضي
تكون الامطار الحمضية
تتكون الامطار الحمضية من تفاعل الغازات المحتوية على الكبريت . واهمها ثاني اكسيد الكبريت مع الاكسجين بوجود الاشعة فوق البنفسجية الصادرة عن الشمس، وينتج ثالث اكسيد الكبريت الذي يتحد بعد ذلك مع بخار الماء الموجود في الجو، ليعطي حمض الكبريت . الذي يبقى معلقا في الهواء على هيئة رذاذ دقيق تنقله الرياح من مكان لاخر، وقد يتحد مع بعض الغازات في الهواء مثل النشادر، وينتج في هذه الحالة مركب جديد هو كبريتات النشادر، اما عندما يكون الجو جافا، ولا تتوفر فرصة لسقوط الامطار، فان رذاذ حمض الكبريت، ودقائق كبريتات النشادر يبقيان معلقين في الهواء الساكن، ويظهران على هيئة ضباب خفيف، لاسيما عندما تصبح الظروف مناسبة لسقوط الامطار فانهما يذوبان في ماء المطر، ويسقطان على سطح الارض على هيئة مطر حمضي، هذا وتشترك اكاسيد النيتروجين مع اكاسيد الكبريت في تكوين الامطار الحمضية حيث تتحول اكاسيد النيتروجين بوجود الاكسجين والاشعة فوق البنفسجية الى حمض النيتروجين . ويبقى هذا الحمض معلقا في الهواء الساكن، وينزل مع مياه الامطار، مثل حمض الكبريت مكونا الامطار الحمضية.
تبلغ الجرعة القاتلة من حمض الكبريتيك حوالي 4- 5 سم3 وتؤدي إلي الوفاة بعد 12- 48 ساعة من التعاطي بسبب الصدمة العصبية والدموية الناجمة عن الألم المحرق أو الجفاف نتيجة القيء المتكرر. وقد تتأخر الوفاة إلي بضعة أسابيع ثم يموت المريض من الإنهاك والضعف العام الناجم عن نقص التغذية نتيجة انسداد المريء من جراء انكماش الغشاء المخاطي في موضع التآكل .
أعراض وعلامات التسمم
تبدأ بعد تناول السم مباشرة بشكل ألم شديد محرق يبدأ من الفم فالمريء فالمعدة وسرعان ما ينتشر الألم حتى يعم البطن كله ويكون مصحوباً بغثيان وقيء متكرر طعمه حمضي ولونه أسمر ويشكو المريض من عطش شديد وإمساك وقلة في البول وصعوبة في التنفس كما يصعب عليه البلع والكلام وتظهر علي كل من فم المريض ورقبته وملابسه خطوط تآكلية سوداء من جراء تساقط الحمض من الفم وسرعان ما تظهر أعراض الصدمة الثانوية مثل الوهن وهبوط درجة الحرارة وضعف النبض وتسرعه والعرق الغزير. ويحدث التسمم عادة عرضاً عندما يشرب الحمض التجاري بطريق الخطأ ويندر أن يكون التسمم انتحارياً ولكن قد يستعمل الحمض جنائياً بإلقائه علي الخصوم بغرض الانتقام أو التشوه وخاصة في النساء، وفي هذه الحالات يحدث الحمض حروقاً سطحية متسعة في الوجه والجسم والأطراف وتأخذ الحروق عادة شكل خطوط متوازية متجهة من الأعلى إلي الأسفل .
وكثيراً ما يؤدي ذلك إلي الوفاة وهو يؤدي دائماً إلي تشويه الوجه أو الرقبة أو الجسم .
المعالجة
يحظر عمل غسيل للمعدة خوفاً من انثقاب المعدة وكذلك عدم استعمال المقيئات لأن المريض يقيئ بما فيه الكفاية كما لا يجوز استعمال أملاح الكربونات والبيكربونات لأن ثاني أكسيد الكربون الناتج عنهما يؤدى إلي تمدد جدار المعدة وانثقابها. ويعتبر استعمال الماء والحليب أفضل علاج ويفضل الحليب ليس لأنه يخفف الحمض فقط ولكن لأنه يحمي ويلطف الغشاء المخاطي المبطن للمريء والمعدة أيضاً وكذلك الحرارة الناتجة بين تفاعل الحليب والحمض أقل من تلك الناتجة بين الماء والحمض. كذلك يمكن استعمال زلال البيض أو زيت الزيتون. ويحقن المريض بالمورفين 5-10 مجم بالوريد لعلاج الألم ويعالج الجفاف بحقن محلول الجلوكوز والملح في الوريد ويتم التغلب علي العطش بإعطاء المريض قطعاً صغيرة من الثلج يمصها في فمه. ويجب أن تمنع تغذية المريض عن طريق الفم لبضعة أيام ويكتفى بتغذيته من الشرج أو بحقنه عن طريق الوريد ويحافظ عليه من المضاعفات الرئوية بإعطائه بعض المضادات الحيوية ، أما إذا ظهرت أعراض انسداد حنجري (مما قد يؤدي إلى اختناق) فإن ذلك يعد من دواعي فغر الرغامي (tracheostomy). أما في حالات إلقاء الحمض على الجلد فيتم غسل الجلد جيداً بكمية كبيرة من الماء والصابون وفي حالة إصابة العين فيتم غسلها بماء جاري (بدون صابون) لمدة من 15-20 دقيقة ثم يحول المصاب إلى أخصائي عيون لمتابعة حالته.
very nice
ردحذف