Acid sulfuric
Axít sulfuric hay axít sulphuric, H2SO4, là một axít vô cơ mạnh. Nó hòa tan trong nước theo bất kỳ tỷ lệ nào. Tên gọi cổ của nó là dầu sulfat. Axít sulfuric có nhiều ứng dụng, và nó được sản xuất với một sản lượng lớn hơn bất kỳ chất hóa học nào, ngoại trừ nước. Sản lượng của thế giới năm 2001 là 165 triệu tấn, với giá trị xấp xỉ 8 tỷ USD. Sử dụng chủ yếu của nó bao gồm sản xuất phân bón, chế biến quặng, tổng hợp hóa học, xử lý nước thải và...
Acid sulfuric
Nguồn: dost-bentre.gov.vn
Axít sulfuric hay axít sulphuric, H2SO4, là một axít vô cơ mạnh. Nó hòa
tan trong nước theo bất kỳ tỷ lệ nào. Tên gọi cổ của nó là dầu sulfat.
Axít sulfuric có nhiều ứng dụng, và nó được sản xuất với một sản lượng
lớn hơn bất kỳ chất hóa học nào, ngoại trừ nước. Sản lượng của thế giới
năm 2001 là 165 triệu tấn, với giá trị xấp xỉ 8 tỷ USD. Sử dụng chủ yếu
của nó bao gồm sản xuất phân bón, chế biến quặng, tổng hợp hóa học, xử
lý nước thải và tinh chế dầu mỏ.
Mặc dù có thể sản xuất axít sulfuric 100%, nhưng nó sẽ mất SO3 ở điểm
sôi để tạo ra axít 98,3%. Axít 98% cũng ổn định hơn khi lưu trữ, vì thế
nó là dạng thông thường của axít sulfuric đậm đặc. Các nồng độ khác của
axít sulfuric được sử dụng cho các mục đích khác nhau. Một số nồng độ
phổ biến là:
* 33,5%, axít cho ắc quy (sử dụng trong các ắc quy axít-chì)
* 62,18%, axít trong bể (chì) hay để sản xuất phân bón
* 77,67%, axít trong tháp sản xuất hay axít Glover.
* 98%, đậm đặc
Cũng có nhiều loại cấp độ tinh khiết khác nhau. Loại H2SO4 kỹ thuật là
không tinh khiết và thường có màu, nhưng nó thích hợp cho việc sản xuất
phân bón. Loại tinh khiết như loại US Pharmacopoeia (USP) được sử dụng
để sản xuất các loại dược phẩm và thuốc nhuộm.
Khi có nồng độ cao của SO3(khí) được bổ sung vào axít sulfuric, thì
H2S2O7 được tạo ra. Nó được gọi là axít sulfuric bốc khói hay ôleum,
hoặc ít thông dụng hơn là axít Nordhausen. Nồng độ của ôleum hoặc được
biểu diễn theo % SO3 (gọi là % ôleum) hoặc như là "% H2SO4 (lượng được
tạo thành nếu đã bổ sung thêm nước H2O); các nồng độ chủ yếu là 40%
ôleum (109% H2SO4) và 65% ôleum (114,6% H2SO4). H2S2O7 tinh khiết trên
thực tế là một chất rắn có nhiệt độ nóng chảy là 36 °C.
Tính phân cực và tính dẫn điện
H2SO4 khan là một chất lỏng phân cực, với hằng số điện môi khoảng 100.
Điều này là do nó có thể phân ly bằng cách tự proton hóa chính nó, một
quá trình được biết đến như là tự proton hóa, nó diễn ra ở mức độ cao
hơn khoảng 10 tỷ lần so với nước:
2 H2SO4 → H3SO4+ + HSO4−
Điều này cho phép các proton có tính linh động hơn trong H2SO4. Nó cũng
làm cho axít sulfuric là một dung môi tốt cho nhiều phản ứng. Trên thực
tế, cân bằng hóa học phức tạp hơn so với điều nêu trên. 100% H2SO4 chứa
các loại ion sau ở trạng thái cân bằng (số được nêu tính theo mmol trên
1 kg dung môi): HSO4− (15,0), H3SO4+ (11,3), H3O+ (8,0), HS2O7− (4,4),
H2S2O7 (3,6), H2O (0,1).
Thuộc tính hóa học
Phản ứng với nước
Phản ứng ngậm nước (hyđrat hóa) của axít sulfuric là một phản ứng tỏa
nhiệt cao. Nếu nước được thêm vào axít sulfuric đậm đặc thì nó bị sôi
và bắn ra rất nguy hiểm. Phải luôn ghi nhớ là thêm axít vào nước chứ
không phải thêm nước vào axít. Lưu ý rằng một phần của vấn đề này là do
các tỷ trọng tương đối của hai chất lỏng. Nước có tỷ trọng thấp hơn
axít sulfuric và có xu hướng nổi lên trên axít. Phản ứng này tốt nhất
được coi là tạo ra các ion hiđrôni, như sau:
H2SO4 + H2O → H3O+ + HSO4-.
Do sự hyđrat hóa của axít sulfuric là phản ứng thuận xét theo nhiệt
động lực học (ΔH = 880 kJ/mol), axít sulfuric là một chất hấp thụ nước
rất tốt, và nó được sử dụng trong sản xuất nhiều loại hoa quả khô. Ái
lực của axít sulfuric đối với nước là đủ mạnh để chiếm lấy các nguyên
tử hiđrô và ôxy từ các hợp chất chứa chúng; ví dụ, đường glucoza
(C6H12O6) với axít sulfuric đậm đặc sẽ tạo ra cacbon nguyên tố và nước
để nó hấp thụ (nó sẽ loãng ra một chút): C6H12O6 → 6C + 6H2O.
Các phản ứng khác
Như là một axít, axít sulfuric phản ứng với phần lớn các bazơ để tạo ra
muối sulfat tương ứng. Ví dụ, đồng(II) sulfat, một muối màu xanh lam
quen thuộc của đồng được sử dụng trong mạ điện và làm thuốc diệt nấm,
được điều chế bằng phản ứng của đồng(II) ôxít với axít sulfuric:
CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O
Axít sulfuric cũng có thể sử dụng để đẩy các axít yếu hơn ra khỏi muối của chúng,
ví dụ natri axetat tạo ra axít axetic:
H2SO4 + CH3COONa → NaHSO4 + CH3COOH
Tương tự, phản ứng của axít sulfuric với kali nitrat có thể sử dụng để
sản xuất axít nitric, cùng với sự tạo thành của kali bisulfat. Với
chính bản thân axít nitric thì axít sulfuric có phản ứng như là một
axít cũng như là một chất khử nước, tạo ra các ion nitronium NO2+, là
quan trọng trong các phản ứng nitrat hóa có diễn ra thay thế vòng thơm
ái lực điện tử. Loại phản ứng này có sự proton hóa diễn ra trên nguyên
tử ôxy, là quan trọng trong nhiều phản ứng của hóa hữu cơ, chẳng hạn
este hóa Fischer và khử nước của rượu.
Axít sulfuric phản ứng với phần lớn các kim loại trong phản ứng thế đơn
để tạo ra khí hđrô và muối sulfat của kim loại. Axít H2SO4 loãng phản
ứng với sắt, nhôm, kẽm, mangan và niken, nhưng thiếc và đồng thì cần
phải dùng axít đặc nóng. Chì và vonfram lại có khả năng chống lại sự ăn
mòn của axít sulfuric. Phản ứng của sắt chỉ ra dưới đây là phổ biến cho
nhiều kim loại, nhưng phản ứng với thiếc là không bình thường trong đó
điôxít lưu huỳnh (sulfur điôxít) được tạo ra chứ không phải hiđrô.
Fe(rắn) + H2SO4(dung dịch) → H2(khí) + FeSO4(dung dịch)
Sn(rắn) + 2 H2SO4(l) → SnSO4 + 2 H2O + SO2
Khía cạnh môi trường
Axít sulfuric là thành phần của các trận mưa axít, được tạo ra do phản
ứng của khí sulfur điôxít với nước có trong khí quyển. Sulfur điôxít là
sản phẩm chính được tạo ra khi các loại nhiên liệu có chứa lưu huỳnh
như than hay dầu mỏ bị đốt cháy.
Axít sulfuric là thành phần chính trong bầu khí quyển nóng của Kim
Tinh, nó gây ra nhiều khó khăn cho việc thám hiểm hành tinh này bằng
các loại tàu vũ trụ
