ام اس دی اس مواد (msds) :ام اس دی اس مواد اسید سولفوریک غلیظ و رقیق

سایز سفارشی MSDS هم پذیرفته می شود .

اسید سولفوریک – تاریخچه، خواص، کاربردها

اسید سولفوریک، اسیدی معدنی است که از اجزای گوگرد، اکسیژن و هیدروژن تشکیل شده است. این اسید که در گذشته جوهر گوگرد و یا روغن سوزاننده نیز نامیده می‌شد به هر نسبتی در آب حل می‌شود، H2SO4 ترکیبی بدون رنگ و بو است که به شدت خورنده بوده و هنگام واکنش مقدار زیادی گرما آزاد می‌کند. خرید اسید سولفوریک در اکثر فرآیندهای معدنی و صنعتی بسیار رایج است، زیرا قیمت آن نسبت به سایر اسیدها ارزانتر و درصد بازیابی آن در فرآیند بیشتر است، هر چند از قدرت اسیدی کمتری نسبت به اسیدهایی مثل اسید هیدروکلریک برخوردار است.

اسید سولفوریک آنقدر مهم است که شاخص تولید آن در یک کشور به منزله نشانی از قدرت صنعتی آن کشور تلقی می‌شود، لذا شناخت هر چه بیشتر این اسید از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. برای شناخت بیشتر تاریخچه، خواص، نحوه تولید و کاربردهای اسید سولفوریک همراه شیمی بازار باشید.

تاریخچه‌ی اسید سولفوریک

هر چند کشف این اسید بسیار مهم  توسط دانشمند بزرگ ایرانی (شیمیدان، منجم، فیلسوف، پزشک) که به نام پدر شیمی نیز شناخته می‌شود، انجام شد، اما استفاده از اسید سولفوریک به سال‌ها قبل از میلاد مسیح و تمدن آشور-سومر باز ‌می‌گردد و در نوشته‌های سومری سابقه استفاده از این ماده دیده می‌شود. لغت ویتریول (Vitriol) لغتی لاتین است که به کانه‌های شیشه‌ای اشاره دارد که از آن‌ها برای تهیه انواع اسید استفاده می‌شد و اسید به نام روغن ویتریول و یا روغن سوزاننده شناخته می‌شد، ویتریول‌ها بر اساس رنگ طبقه‌بندی می‌شدند.دانشمندان یونانی و رومی مانند دیوس کوریدس، پلینی بزرگ طبیعت شناس در قرن اول میلادی به منشاء، خصوصیات و کاربرد آن‌ها در پزشکی پرداخته‌اند و در اواخر قرن سوم و اوایل قرن چهارم میلادی نیز زوسیموس دانشمند و شیمیست مصری-یونانی در کیمیاگری هلنیستی کاربرد ویریتول را در متالورژی بررسی کرده است.در قرن هشتم میلادی جابرابن‌حیان، در کنار بسیاری از اسیدهای دیگر مثل اسید نیتریک موفق به کشف اسید سولفوریک شد. (برای آشنایی بیشتر با اسید نیتریک می‌توانید به مقاله‌ی اسید نیتریک و کاربردهای آن مراجعه کنید). همچنین در قرن نهم، دانشمند و پزشک بزرگ ایرانی زکریای رازی به مطالعه اسید سولفوریک پرداخته و آن را تقطیر خشک مواد معدنی مثل، سولفات آهن دو ظرفیتی هفت آبه و سولفات مس پنج آبه به دست آورد. او این مواد معدنی را گرم می‌کرد تا به اکسید مس و آهن دو ظرفیتی تجزیه شده و در نتیجه آب و تری اکسید سولفور تولید شود، از ترکیب آب و این تری اکسید، اسید سولفوریکی رقیق حاصل می‌شد. این روش پس از ترجمه کتاب رازی تا قرن سیزدهم در اروپا مورد استفاده برای تهیه اسید سولفوریک بود. جالب است که بدانید ابن سینا بیشتر روی کاربردهای پزشکی این اسید تاکید داشت.

در اروپای قرون وسطی به علت تهیه اسید از ویتریول سبز( سولفات آهن دو ظرفیتی) اسید سولفوریک را روغن ویتریول یا روح ویتریول می‌نامیدند. جالب است بدانید که ویتریول از لغت ویرتئوس (به معنای شیشه) مشتق شده است که اشاره به شیشه‌ای شکل بودن سطح سنگ دارد که خود نشانی از سرد شدن سریع ماگمای اسیدی است و مهمترین ویتریول‌های شناخته شده در قرون وسطی عبارت از ویتریول سبز، ویتریول آبی (سولفات مس دو ظرفیتی)، ویتریول سفید (سولفات روی)، ویتریول مارس (سولفات آهن سه ظرفیتی) و ویتریول قرمز (سولفات کبالت دو ظرفیتی)  هستند. کیمیاگران این سنگ‌های شیشه‌ای را به عنوان مهمترین عنصر کیمیاگری می‌شناختند و از آن‌ها برای رسیدن به ساخت سنگ کیمیا استفاده می‌کردند.در قرن هفدهم میلادی، شیمیست هلندی-آلمانی جان گلااُبر سولفوریک اسید را با سوزندان سولفور در کنار نیترات پتاسیم تهیه کرد. تجزیه نیترات پتاسیم، منجر به اکسیدشدن سولفور و به وجود آمدن تری اکسید سولفور می‌شد که پس از واکنش با آب مثل فرآیند کشف شده توسط ابن سینا، اسید سولفوریک رقیق به دست می‌آمد. در سال 1736 جاشوآ وارد داروساز انگلیسی از این روش برای تولید اسید سولفوریک در مقیاسی بزرگ استفاده کرد.جان روئه باک نیز در سال 1746 موفق به تولید اسید سولفوریک در اتاقک‌های سربی شد، این موفقیت منجر به کاهش قیمت تولید اسید سولفوریک و افزایش میزان تولید آن و نیز قوی‌تر شدن اسید تولیدی گردید به طوری که تولید موثر صنعتی اسید سولفوریک را ممکن ساخته و تقریبا بعد از چند اصلاح کوچک فرآیند این روش به روش استاندارد تولید اسید سولفوریک به مدت دو قرن با نام فرآیند اتاق سربی تبدیل شد.هر چند اسید سولفوریک روئه باک تنها غلظتی برابر با 35 تا 40 درصد داشت و با تلاش‌های دانشمندان فرانسوی و انگلیسی به 78 درصد رسید. تولید بسیاری از رنگ‌ها و پیش بردن دیگر فرآیند‌های شیمیایی نیاز به محصولی با غلظت بسیار بیشتر داشت و تنها با تکنیکی مشابه تکنیک ابن سینا امکان بالا بردن غلظت اسید تولید شده، آن هم به مقداری کم وجود داشت، هر چند روش موجود که روی پیریت(طلای ابلهان) و سولفات آهن صورت می‌گرفت به دلیل نیاز به حرارت بالا(480 درجه سانتی‌گراد) بسیار پر هزینه بود و این امر مانعی در مقابل صنعتی کردن این پروژه محسوب می‌شد.در سال 1831 تاجر سرکه انگلیسی پرگرین فیلیپس روشی بسیار اقتصادی برای تولید تری اکسید سولفور و اسید سولفوریک غلیظ را به نام فرآیند تماسی ثبت کرد، که امروزه تمام اسید سولفوریک دنیا به این روش تولید می‌شود.

خواص اسید سولفوریک

اسید سولفوریک مایعی بی‌‌رنگ و بو با وزن مولکولی 98.079 گرم بر مول است که دانسیته‌ای برابر با 1.8302 گرم بر سانتی‌متر مکعب دارد. این اسید در 10.31 درجه سانتی‌گراد ذوب می‌شود و در 337 درجه سانتی‌گراد می‌جوشد. این اسید در دمای بالای 300 درجه سانتی‌گراد به آرامی شروع به تجزیه شدن خواهد کرد. مولکول اسید سولفوریک 5 اتم سنگین دارد و مساحت سطح قطبی آن 84 A^2 است. اسید سولفوریک با هر نسبتی در آب حل می‌شود و این انحلال مقدار زیادی گرما تولید می‌کند.

با فناوری و فرآیندهای موجود امکان تولید اسید سولفوریک 100 درصد وجود دارد، اما مقداری از این اسید سولفوریک در گرما تجزیه و تبدیل به SO3 خواهد شد و معمولا اسید سولفوریک 98.3 درصد به صورت تجاری به بازار عرضه می‌شود. زیرا پایداری بسیار بالاتری نسبت به اسید سولفوریک خالص دارد.

به طور کلی اسید سولفوریک با غلظتی کمتر از 29 درصد اسید سولفوریک رقیق محسوب شده و غلظت بین 29 تا 32 درصد اسید باتری محسوب می‌گردد (در باتری های سربی- اسیدی استفاده می‌شود). اسید سولفوریک با غلظت 62 تا 70 درصد به نام اسید سولفوریک کودساز یا اتاقکی شناخته شده و نیز 78 تا 80 درصد به نام اسید گلاور (به یاد جان گلاو دانشمند انگلیسی) در بازار عرضه می‌شود. خرید اسید سولفوریک با غلظت 98.3 درصد، به معنی خرید اسید سولفوریک غلیظ (خالص) است.اسید سولفوریک بدون آب خالص، بسیار قطبی بوده و جریان الکتریسته را به راحتی انتقال می‌دهد. ویسکوزیته این اسید 26.7 سنتی پواز است. در ترکیب آب و اسید باید دقت شود که همیشه اسید به آب اضافه شود، زیرا پدیده هیدراسیون بسیار گرمازا بوده و باعث پاشش آب و اسید به اطراف خواهد شد. با اضافه کردن اسید به آب، اسید نقش عنصر محدود کننده را خواهد داشت و این اتفاق نخواهد افتاد. از همین خاصیت اسید سولفوریک می‎توان برای دی هیدراته کردن (خشک کردن) مواد شیمیایی مختلف استفاده کرد.

اسید سولفوریک در واکنش با اکسیدها و بازها، سولفات فلز و آب تولید می‌کند و قابلیت جایگزینی در نمک‌های اسیدهای ضعیف برای تولید آن اسید را دارا است. به طور مثال اسید استیک که از کشفیات جابر ابن حیان است از واکنش بین اسید سولفوریک و استات سدیم، حاصل می‌شود (برای آشنایی بیشتر با اسید استیک می توانید به مقاله ی اسید استیک – تاریخچه، ویژگی ها، کاربردها مراجعه کنید). این اسید خاصیت اکسایش بالایی داشته و در واکنش با فلزات خالص، گاز هیدروژن آزاد کرده و نمک سولفاته فلز را تولید خواهد کرد. همچنین با تنظیم و کنترل دمای واکنش می‌توان عناصر غیر فعال در محلول را با واکنش با این اسید باردار و فعال نمود(به طور مثال Cu به Cu2+ در واکنش با این اسید تبدیل خواهد شد.)اسید سولفوریک قابلیت اکسید کردن عناصر غیر فلزی را نیز دارا بوده و در واکنش با آن‌ها اکسید غیر فلز و آب تولید خواهد کرد. این اسید در واکنش با نمک کلریدسدیم، گاز اسید هیدروکلریک و سولفات سدیم یا سدیم بی سولفات تولید خواهد نمود. همچنین واکنش حلقه‌های بنزنی با اسید سولفوریک منجر به تولید اسیدهای سولفونیک با توجه به حلقه اولیه بنزن خواهد شد. (برای آشنایی بیشتر با سولفونیک اسید می توانید به مقاله ی سولفونیک اسید _ تاریخچه، ویژگی ها و کاربردها مراجعه کنید)

نحوه تهیه اسید سولفوریک

دو روش اصلی در صنعت برای تولید اسید سولفوریک وجود دارد که یکی از آن‌ها روش تماسی (Contact Process) و دیگری فرآیند تر تولید اسید سولفوریک (Wet Sulfuric Acid Process) است که هر دو روش را مورد بررسی قرار خواهیم داد. البته روش‌های دیگری نیز برای تولید اسید سولفوریک وجود دارد، که در فرصت این مقاله نخواهد بود.

روش تماسی

این روش اصلی‌ترین روش تولید اسید سولفوریک غلیظ از سال 1821 تاکنون است. برای تهیه این اسید گاز SO2 در دمای 400 درجه سانتی‌گراد و در حضور کاتالیزور V2O5 (پنتا اکسید وانادیوم) تبدیل به SO3 شده و در اسید سولفوریک 96 درصد جذب می‌شود تا غلظت آن به 98 درصد برسد. در این روش دی اکسید گوگرد از اکسیداسیون گوگرد و پیریت و یا به عنوان محصول همراه از اکسیداسیون سولفیدهای فلزات غیر آهنی به دست خواهد آمد.

روش تر تولید اسید سولفوریک

در این روش دی اکسید گوگرد در حضور کاتالیزورهای آهن و منگنز دو بار مثبت با آب واکنش داده و اسیدی با غلظت حداکثری 40 درصد تولید می‌کند و اسید غلیظ از تبخیر محصول نهایی حاصل خواهد شد. علی رغم هزینه بر بودن این روش، برای تولید اسید 96 درصد اولیه برای محلول روش تماسی در صورت عدم وجود اسید غلیظ! و نیز استفاده از اسید رقیق تولید شده در لیچینگ کانه‌های اکسید مس، اکسید روی، سنگ فسفات و همچنین استفاده به عنوان کودسازها آن را به فرآیندی اقتصادی تبدیل می‌کند.

هر دو این روش‎ها بسیار ارزان بوده و بنابراین اسید سولفوریک بسیار ارزانتر از سایر اسیدها وارد بازار خواهد شد. لازم به ذکر است با وجود اینکه اسید سولفوریک یکی از ارزانترین اسیدها است، اسید هیدروکلریک و اسید نیتریک از رقبای این اسید محسوب می‌شوند زیرا در فرآیندهایی که آهن زیادی در محلول وجود دارد، مشکل دور ریزی سولفات ایجاد خواهد شد که بسیار هزینه‌بر تر از استفاده از اسیدهای مذکور خواهد بود و نیز وقتی ماده خام حاوی رادیوم باشد، پسماند تولید شده به علت وجود سولفات رادیوم، گاز رادیو اکتیو رادون را ایجاد خواهد کرد. 

کاربردهای اسید سولفوریک

همانطور که در ابتدای این یادداشت بیان شد، شاخص میزان تولید اسید سولفوریک با شاخص قدرت صنعتی یک کشور ارتباط مستقیم دارد و بدیهی است که بیشتر کاربردهای اسید سولفوریک صنعتی خواهد بود. قسمت زیادی از خرید اسید سولفوریک تولید شده به روش اتاقکی برای تولید اسید فسفریک و تهیه کودهای شیمیایی انجام می‌شود. (برای آشنایی بیشتر با اسید فسفریک می توانید به مقاله ی اسید فسفریک – تاریخچه، خواص، کاربردها مراجعه کنید). همچنین این اسید رقیق در لیچینگ کانه‌های غیر سولفیدی کاربرد فراوانی دارد. از دیگر استفاده‌های این اسید می‌توان به تولید هیدروژن اشاره نمود. در پاک کننده‌های صنعتی نیز استفاده از این اسید رایج بوده و از آن به عنوان کاتالیزور در صنعت نفت و گاز، و همچنین به عنوان آب باتری (الکترولیت) در باتری‌های خودرو استفاده می‌‌گردد. البته استفاده‌های خانگی بسیار کمی مثل پاک کردن روغن و باز کردن و تمیز کردن لوله‌های ساختمان دارد. همچنین این اسید یکی از مواد اولیه برای تجهیز هر آزمایشگاه شیمی و فرآوری مواد معدنی محسوب می‌گردد.