تقرير عن حمض الكبريتيك للصف الثاني عشر

السلام عليكم

يعد حمض الكبريت من أوائل الأحماض التي تم التعرف عليها , حيث عرفه العرب منذ القرن الثامن الميلادي , وعرفته أوربا في القرنين الرابع والخامس عشر .

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 ——–> H2SO4 + NO

2- أكسدة أول أكسيد النيتروجين (NO ) الناتج من التفاعل السابق للحصول على ثاني أكسيد النيتروجين وذلك كما يلي :

x2NO + O 2 ———> 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 .

مخطط إنتاج حمض الكبريتيك بطريقة التلامس

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 .

بآرك الله فيك

تسلمين..
اشكرج لمرورج..

أستــــغفر الله العظيم

اترك تعليقاً إلغاء الرد