Серная кислота: свойства, применение

Серная кислота (H₂SO₄) – важное и востребованное вещество в современной химии, получившее свое название ещё в древнюю эпоху. Представляет собой сложное неорганическое соединение, принадлежащее к классу кислородных кислот. Состав соединения отражает формула: H₂SO₄. Эта комбинация элементов наделяет серную кислоту уникальными физико-химическими свойствами, такими как высокая плотность, сильная гигроскопичность и способность выступать мощным окислителем.

Ранее, до XIX столетия, серная кислота именовалась «купоросным маслом». Такое обозначение связано с её распространённым производством путём перегонки солей меди, железа или цинка, известных как «купоросы».

Физико-химические свойства серной кислоты

Серная кислота (H₂SO₄) относится к числу наиболее опасных химических соединений, используемых человеком.

Чистая концентрированная серная кислота выглядит как прозрачный густой жидкий материал без запаха, имеющий массу единицы объема равную 1,84 грамма на кубический сантиметр при комнатной температуре (+20 °C). Отличается сильной способностью втягивать водяной пар из окружающей среды, эффективно поглощая влагу воздуха.

Сегодня выделяют две основные формы вещества:

• Концентрированная серная кислота. Массовая доля составляет свыше 98%, молярность достигает 17,966 моль/л, плотность – порядка 1,836 г/см³. Внешний вид – вязкая прозрачная жидкость, не имеющая цвета и запаха.
• Разбавленная серная кислота. Содержание основного вещества снижается до ~10%, молярность равна приблизительно 1,087 моль/л, плотность уменьшается до 1,066 г/см³.

Под воздействием высоких температур (более 300°С) начинается постепенный распад кислоты на компоненты: вода (H₂O) и токсичные газовые облака диоксида серы (SO₃).

Хорошее смешивание наблюдается с водой и прочими полярными растворителями, причем при взаимодействии с водой образуется значительное выделение тепловой энергии вследствие протекающего экзотермического процесса. Высокая температура способствует активному взаимодействию чистой серной кислоты с различными металлами, включая благородные, а также неметаллическими элементами вроде угля и серы.

Активное применение серной кислоты наблюдается в химической, металлургической, медицинской, легкой, целлюлозно-бумажной, кожевенной отраслях промышленности.

Что касается слабых растворов, то они способны воздействовать на различные металлы, кроме редких дорогостоящих. Одна из разновидностей этого состава служит рабочим материалом в аккумуляторах с содержанием свинца.

Получение серной кислоты

До начала основного процесса происходит взаимодействие серы с кислородом, в результате которого образуется двуокись серы (SO₂). Затем – производство контактным методом, включающее 3 стадии:

• Полученный диоксид серы вступает в реакцию с кислородом, образуя триоксид серы (SO₃).
• Триоксид серы практически нерастворим непосредственно в воде, однако серная кислота требует присутствия оксида. По этой причине SO₃ первоначально растворяют в концентрате кислоты, создавая промежуточное соединение – пиросерную кислоту (H₂S₂O₇).
• Последним этапом является реакция полученного вещества с водой, завершающая цикл образования конечного продукта.

Серная кислота в естественной среде

В природе вещество в чистом виде встречается редко, обычно в форме отдельных соединений или продуктов реакции. Ее появление обусловлено природными источниками, такими как вулканизм и сгорание серосодержащих ископаемых, в ходе которого образуется диоксид серы (SO₂).

Иногда кислота попадает на землю вместе с осадками в виде слабо концентрированного раствора, вызывая явление, известное как кислотные дожди.

Еще одним редким примером нахождения свободной серной кислоты являются горячие вулканические источники – сольфатарные фумаролы.

Зато минеральные соли серной кислоты распространены значительно шире. К ним относятся распространенные минералы: гипс, барит, халькантит и глауберовая соль.

Кроме Земли, серная кислота обнаруживается в облаках планеты Венера, составляя значительную долю атмосферных капель (до 85%).

Рекомендации по работе с серной кислотой

Серная кислота крайне агрессивна, способна разрушать ткани организма при малейшем контакте. Попадание на кожу приводит к тяжелым химическим ожогам. Воздействие на глаза чревато серьезными травмами вплоть до полной потери зрения. Газообразные продукты реакции вызывают кашель и затрудненное дыхание.

Несмотря на собственную невоспламеняемость, серная кислота становится опасной в смеси с горючими материалами, в том числе водой. Перед использованием рекомендуется выучить схему применения серной кислоты.

Несколько правил, которые следует соблюдать:

• Разбавлять кислоту нужно правильно: лить кислоту в воду медленно, иначе возможен сильный нагрев и разбрызгивание.
• Попавшую на кожу кислоту сначала нейтрализуют раствором мыла или гашеной извести, затем обильно смывают проточной водой.
• Необходимо немедленно снимать загрязненную одежу и аксессуары, чтобы предотвратить дальнейшее повреждение тканей.