Kyselina sírová

Kyselina sírová
Strukturní vzorec
Strukturní vzorec
Prostorový model
Prostorový model
10% roztok
10% roztok
Obecné
Systematický názevKyselina sírová
Ostatní názvyvitriol, olej vitriolu, aqua vitrioli
Latinský názevAcidum sulphuricum
Anglický názevSulfuric acid
Německý názevSchwefelsäure
Sumární vzorecH2SO4
Vzhledbezbarvá olejovitá kapalina
Identifikace
Registrační číslo CAS7664-93-9
EC-no (EINECS/ELINCS/NLP)231-639-5
Indexové číslo016-020-00-8
UN kód1830 (technická)
2796 (akumulátorová)
1832 (odpadní)
Číslo RTECSWS5600000
Vlastnosti
Molární hmotnost98,078 48 g/mol
Molární koncentrace cM18,68 mol/dm3 (20 °C)
15,28 mol/dm3 (20 °C, 60% roztok)
Teplota tání10,36 °C
Teplota varu273 °C (1 013 hPa, 100% kyselina)
310–335 °C (1 013 hPa, 98% kyselina)
Teplota rozkladu338 °C
Hustota1,852 84 g/cm³ (0 °C)
1,832 13 g/cm³ (20 °C)
1,822 05 g/cm³ (25 °C)
1,498 7 g/cm³ (20 °C, 60% roztok)
Dynamický viskozitní koeficient48,4 cP (0 °C)
32,8 cP (15 °C)
25,4 cP (20 °C)
15,7 cP (30 °C)
11,5 cP (40 °C)
5,917 cP (20 °C, 60% roztok)
Kinematický viskozitní koeficient3,948 cS (20 °C, 60% roztok)
Index lomunD = 1,429 22
nD = 1,407 7 (20 °C, 60% roztok)
Disociační konstanta pKa−3; 1,99
Rozpustnost ve voděneomezená mísitelnost (exotermní reakce)
Měrná magnetická susceptibilita−4,996×10−6 cm3 g−1
Povrchové napětí55,1 mN/m (20 °C)
Termodynamické vlastnosti
Standardní slučovací entalpie ΔHf°−814,378 kJ/mol
Entalpie rozpouštění ΔHrozp−945,5 J/g (20 °C)
−971,8 J/g (25 °C)
Standardní molární entropie S°156,98 J K−1 mol−1
Standardní slučovací Gibbsova energie ΔGf°−690,431 kJ/mol
Izobarické měrné teplo cp1,417 J K−1 g−1
Bezpečnost
GHS05 – korozivní a žíravé látky
GHS05
[1]
Nebezpečí[1]
H-větyH314
R-větyR35
S-věty(S1/2) S26 S30 S45
NFPA 704
0
3
2
COR
Není-li uvedeno jinak, jsou použity
jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa).

Některá data mohou pocházet z datové položky.

Kyselina sírová (zastarale též vitriol) je silná dvojsytná kyselina. Je jednou z nejdůležitějších průmyslově ve velkém množství vyráběných chemikálií. Její sumární vzorec je H2SO4 značí, že se skládá ze dvou atomů vodíku, jednoho atomu síry a čtyř atomů kyslíku. Soli od kyseliny sírové jsou sírany.

Příprava a výroba

Oleum s obsahem cca 20 % oxidu sírového – nad hladinou je vidět aerosol („dým“) vzniklý reakcí SO3 s vodní parou na H2SO4

Výroba kyseliny sírové probíhá třístupňově, přičemž prvním krokem je příprava oxidu siřičitého, který se obvykle získává buď přímým spalováním síry,

nebo pražením pyritu či markazitu

nebo pražením sulfidu železnatého či jiných sulfidů

Druhým krokem je oxidace oxidu siřičitého na oxid sírový. Při této reakci se jako katalyzátoru používá oxidu vanadičného V2O5

(tzv. kontaktní způsob),
(tzv. komorový způsob).

Nakonec reakcí oxidu sírového s vodou vzniká kyselina sírová

V průmyslu je voda nahrazena koncentrovanou kyselinou sírovou (96–98%), přičemž jako mezistupeň vzniká kyselina disírová, což je vlastně jen hemihydrát oxidu sírového 2 SO3.H2O

Dalším rozpouštěním oxidu sírového v kyselině sírové vzniká kyselina disírová a následně tzv. oleum, jehož ředěním se získává kyselina sírová požadované koncentrace.

Vlastnosti

Účinky 98% kyseliny sírové na papír

Kyselina sírová je v koncentrovaném stavu hustá olejnatá kapalina, neomezeně mísitelná s vodou. Ředění této kyseliny je silně exotermní proces. Koncentrovaná (96–98%) má silné dehydratační a oxidační účinky (zvlášť za horka). Je hygroskopická, tj. pohlcuje vodní páry. Je velmi nebezpečnou žíravinou, způsobuje dehydrataci (zuhelnatění) organických látek. Zředěná kyselina oxidační schopnosti nemá a reaguje s neušlechtilými kovy za vzniku vodíku a síranů. Kyselina sírová je velmi reaktivní, reaguje téměř se všemi kovy kromě železa (v koncentrovaném stavu jej pasivuje), olova, zlata, platiny a wolframu, 20% vodný roztok nereaguje s mědí.

Roztok oxidu sírového v kyselině sírové se nazývá oleum. Kyselina sírová tvoří dva typy solísírany a hydrogensírany. Některé její soli tvoří hydráty.

Chemické reakce

Neušlechtilé kovy se v kyselině sírové rozpouštějí za vývoje vodíku a vzniku příslušných síranů, např.

Kyselina sírová reaguje se zinkem za vzniku vodíku a síranu zinečnatého.
Kyselina sírová reaguje s hliníkem za vzniku vodíku a síranu hlinitého.

Podobně většina oxidů kovů se v kyselině sírové rozpouští za vzniku solí

Oxid měďnatý reaguje s kyselinou sírovou za vzniku vody a síranu měďnatého.

Reakcí s amoniakem nebo jeho vodným roztokem (čpavkem) vzniká síran amonný

resp.

Průmyslově významnou je reakce s fosforečnanem vápenatým, jejímž produktem je směs síranu vápenatého, hydrogenfosforečnanu vápenatého, dihydrogenfosforečnanu vápenatého a volné kyseliny fosforečné známá jako fosforečné hnojivo superfosfát

Touto reakcí se původně téměř nerozpustný fosforečnan vápenatý přemění na směs rozpustnějších kyselých fosforečnanů a dobře rozpustné kyseliny fosforečné, což urychluje využití fosforu rostlinami.

Krystalová struktura

Když se smíchá 98% (ω) kyselina sírová ve správném poměru s 65% oleem, tak se získá 100% kyselina sírová, ze které byly po krystalizaci při teplotě 6–9 °C získány krystaly, z nichž byla rentgenovou strukturní analýzou stanovena její krystalová struktura.[2]

Čeština: Krystalová struktura kyseliny sírové s vazebnými dékami v Ångströmech
Krystalová struktura kyseliny sírové s vazebnými délkami v Ångströmech
Vodíkové vazby v "crystal packingu" struktury kyseliny sírové s délkami v Ångströmech
Vodíkové vazby v  "crystal packingu" struktury kyseliny sírové s délkami v Ångströmech


Využití

Využití kyseliny sírové je velmi široké. Kyselina sírová se používá zejména

  • při výrobě průmyslových hnojiv
  • při výrobě chemikálií
  • při výrobě plastů
  • při výrobě léčiv
  • při výrobě barviv
  • při výrobě výbušnin
  • v papírenském průmyslu
  • v textilním průmyslu
  • při výrobě syntetických vláken
  • při zpracování rud
  • při zpracování ropy
  • jako elektrolyt do olověných akumulátorů
  • při sušení a odvodňování látek
  • při úpravě pH vody
  • při výrobě kolových nápojů
  • v domácnostech jako čistič odpadů

Kvůli omezení dostupnosti prekurzorů výbušnin veřejnost nemůže držet ani kupovat přípravky s obsahem kyseliny sírové více než 15% hmotnosti[3]

Reference

  1. a b Sulfuric acid. pubchem.ncbi.nlm.nih.gov [online]. PubChem [cit. 2021-05-23]. Dostupné online. (anglicky) 
  2. KEMNITZ, E.; WERNER, C.; TROJANOV, S. Reinvestigation of Crystalline Sulfuric Acid and Oxonium Hydrogensulfate. Acta Crystallographica Section C Crystal Structure Communications. 1996-11-15, roč. 52, čís. 11, s. 2665–2668. Dostupné online [cit. 2023-09-30]. DOI 10.1107/S0108270196006749. 
  3. NAŘÍZENÍ EVROPSKÉHO PARLAMENTU A RADY č. 2019/1148, o uvádění prekurzorů výbušnin na trh a o jejich používání, změně nařízení (ES) č. 1907/2006 a zrušení nařízení (EU) č. 98/2013, § 5, příloha 1. [cit. 2023-05-28]. Dostupné online.

Literatura

  • VOHLÍDAL, JIŘÍ; ŠTULÍK, KAREL; JULÁK, ALOIS. Chemické a analytické tabulky. 1. vyd. Praha: Grada Publishing, 1999. ISBN 80-7169-855-5. 

Externí odkazy

Média použitá na této stránce

NFPA 704.svg
The "fire diamond" as defined by NFPA 704. It is a blank template, so as to facilitate populating it using CSS.
Kyselina sírová - vodíkové vazby délky.jpg
Autor: RhAgchem, Licence: CC BY-SA 4.0
Vodíkové vazby v "crystal packingu" struktury kyseliny sírové
Kyselina sírová vazebné délky.jpg
Autor: RhAgchem, Licence: CC BY-SA 4.0
Krystalová struktura kyseliny sírové s vazebnými dékami v Ångströmech
Kyselina sírová.PNG
Kyselina sírová - H2SO4
Oleum fuming.jpg
Autor: W. Oelen, Licence: CC BY-SA 3.0
Oleum fuming in air
Sulfuric acid burning tissue paper.jpg
Drops of 98 % sulfuric acid burns tissue paper on contact