Kyselina sírová

Kyselina sírová
Obecné
Systematický název	Kyselina sírová
Ostatní názvy	vitriol, olej vitriolu
Latinský název	Acidum sulphuricum
Anglický název	Sulfuric acid
Německý název	Schwefelsäure
Sumární vzorec	H2SO4
Vzhled	bezbarvá olejovitá kapalina
Identifikace
Registrační číslo CAS	7664-93-9 {{{Další čísla CAS}}}
EC-no (EINECS/ELINCS/NLP)	231-639-5
Indexové číslo	016-020-00-8
Číslo EC (enzymy)	{{{Číslo EC}}}
PubChem	{{{PubChem}}}
ChEBI	{{{ChEBI}}}
Číslo RTECS	WS5600000
Vlastnosti
Molární hmotnost	98,078 48 g/mol
Molární koncentrace cM	18,68 mol/dm3 (20 °C) 9,167 mol/dm3 (20 °C, 60% roztok)
Teplota tání	10,36 °C
Teplota varu	273 °C (1 013 hPa, 100% kyselina) 310-335 °C (1 013 hPa, 98% kyselina)
Teplota rozkladu	338&nbsp°C
Hustota	1,852 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 koeficient	48,4 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 koeficient	3,948 cS (20 °C, 60% roztok)
Index lomu	nD=1,429 22 nD=1,407 7 (20 °C, 60% roztok)
Disociační konstanta pKa	-0,40; 1,92
Rozpustnost ve vodě	neomezená mísitelnost (exotermní reakce)
Měrná magnetická susceptibilita	-4,996 10-6 cm3 g-1
Povrchové napětí	55,1 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 cp	1,417 J K-1 g-1
Bezpečnost
Žíravý (C)
R-věty	R35
S-věty	(S1/2) S26 S30 S45
GHS05
H-věty	H314
NFPA 704	0 3 2 W
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa).

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

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,

S(s) + O₂(g) → SO₂(g),

nebo pražením pyritu či markazitu

4 FeS₂(s) + 11 O₂(g) → 8 SO₂(g) + 2 Fe₂O₃(s),

nebo pražením sulfidu železnatého či jiných sulfidů

4 FeS + 7 O₂(g) → 4 SO₂(g) + 2 Fe₂O₃(s).

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

2 SO₂(g) + O₂(g) → 2 SO₃.

Nakonec reakcí oxidu sírového s vodou vzniká kyselina sírová

SO₃(g) + H₂O(l) → H₂SO₄(aq).

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

SO₃(g) + H₂SO₄(aq) → H₂S₂O₇

H₂S₂O₇ + H₂O(l) → 2 H₂SO₄(aq)

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

SO₃ + H₂SO₄ → H₂S₂O₇

SO₃ + H₂S₂O₇ → H₂S₃O₁₀

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 solí – sírany a hydrogensírany. Některé její soli tvoří hydráty.

Chemické reakce

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

H₂SO₄(aq) + Zn(s) → H₂(g) + ZnSO₄(aq)

3 H₂SO₄(aq) + 2 Al(s) → 3H₂(g) + Al₂(SO₄)₃(aq)

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

CuO(s) + H₂SO₄(aq) → H₂O(l) + CuSO₄(aq)

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

2 NH₃(g) + H₂SO₄(aq) → (NH₄)₂SO₄(aq),

resp.

2 NH₄OH(aq) + H₂SO₄(aq) → (NH₄)₂SO₄ + H₂O(l).

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

Ca₃(PO₄)₂(s) + H₂SO₄(aq) → 2 CaHPO₄(aq) + CaSO₄(aq),

Ca₃(PO₄)₂(s) + 2 H₂SO₄(aq) → Ca(H₂PO₄)₂(aq) + 2 CaSO₄(aq),

Ca₃(PO₄)₂(s) + 3 H₂SO₄(aq) → 2 H₃PO₄(aq) + 3 CaSO₄(aq).

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

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 úpravě rud
• při zpracování ropy
• jako náplň do olověných akumulátorů
• při sušení a odvodňování látek
• při úpravě pH vody

Externí odkazy

• Sulphuric acid - UNEP publication (vliv na prostředí, toxikologie, angl.)

Literatura

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