اسید سولفوریک

اسید سولفوریک، جوهر گوگرد یا سولفات هیدروژن ماده ای سمی با فرمول شیمیایی H₂So₄ و در صورت استنشاق یا بلعیده شدن می‌تواند سبب مرگ شود. در صورت تماس با پوست سبب زخم و سوختگی عمیق و در صورت تماس با چشم سبب کوری در فرد می شود. این ماده دارای مولکول‌ های دارای گشتاور قطبی است که می توانند با یکدیگر پیوند هیدروژنی برقرار کنند.

اسید سولفوریک چیست؟

این ماده شیمیایی مایعی است با نقطه جوش بالا و هم چنین یک مایع ویسکوز (دارای گران روی زیاد) محسوب می شود. همین شرایط مولکولی باعث می ‌شوند که این ماده به خوبی در آب حل شود و محلول های اسیدی مختلف تولید کند.

سولفوریک اسیدها، یکی از مهمترین مواد شیمیایی موجود در جهان محسوب می شوند. این ماده شیمیایی، اسیدی بسیار قوی و در زمره مواد شیمیایی بسیار خطرناک قرار می گیرد. این ماده بی رنگ، خورنده و واکنش پذیر است و با هر درصدی در آب حل می‌شود. دارای نقطه ذوب 10 و نقطه جوش 335 درجه سانتیگراد می باشد.

در گذشته با نام جوهر گوگرد خوانده می شد. اسید سولفوریک برای نخستین بار توسط جابربن حیان کشف شد.

قیمت اسید سولفوریک

قیمت اسید سولفوریک وابسته به غلظت اسید و حجم سفارشی است که از طرف خریدار به فروشنده ارائه می شود.

قیمت این اسید در بازار ایران به عوامل مختلفی بستگی دارد که می توان آنها را به صورت زیر در نظر گرفت:

• غلظت اسید: قیمت اسید سولفوریک با افزایش غلظت آن افزایش می یابد. به عنوان مثال، قیمت اسید 98% صنعتی از قیمت اسید 35% که در تصفیه فاضلاب استفاده می شود، بیشتر است.
• کیفیت و خلوص اسید: قیمت اسید با کیفیت و خلوص بالاتر، بیشتر است.
• نوع بسته بندی: این ماده شیمیایی در دو نوع تانکری و بشکه ای به فروش می رسد. قیمت فروش تانکری به دلیل حجم بیشتر، ارزان تر از نوع بشکه ای است.
• قیمت مواد اولیه: قیمت گوگرد که ماده اولیه تولید اسید سولفوریک است، در قیمت نهایی این محصول تاثیرگذار است.
• نرخ ارز: با توجه به اینکه بخش قابل توجهی از مواد اولیه و تجهیزات مورد نیاز برای تولید اسید از خارج از کشور وارد می شود، نرخ ارز در قیمت این محصول تاثیر بسزایی دارد.
• رقابت در بازار: وجود رقابت بین تولیدکنندگان می تواند تا حدی قیمت ها را تعدیل کند.
• شرایط اقتصادی: شرایط اقتصادی کشور و تورم نیز می تواند در قیمت نهایی تاثیر داشته باشد.

خواص فیزیکی و شیمیایی سولفوریک اسید

در یکی نگاه اجمالی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی اسید سولفوریک به شرح زیر میباشد.

خواص فیزیکی

• ظاهر: مایع بی‌رنگ و غلیظ
• بو: بدون بو
• چگالی: 1.84 گرم بر سانتی‌متر مکعب
• نقطه ذوب: 10.3 درجه سانتی‌گراد
• نقطه جوش: 338 درجه سانتی‌گراد
• حلالیت: به طور کامل در آب حل می‌شود
• ویسکوزیته: بالا

خواص شیمیایی

• اسیدی قوی: به راحتی یون هیدروژن (H+) آزاد می‌کند و pH پایینی دارد.
• خاصیت خورندگی: به دلیل اسیدی قوی بودن، می‌تواند فلزات و بافت‌های زنده را خراب کند.
• جاذب رطوبت: به شدت رطوبت هوا را جذب می‌کند و می‌تواند باعث گرم شدن و پاشیدن اسید شود.
• اکسنده: می‌تواند در برخی واکنش‌ها به عنوان عامل اکسنده عمل کند.
• گرمازا: هنگام مخلوط شدن با آب، گرمای زیادی تولید می‌کند.

نگهداری اسید سولفوریک

بمنظور نگهداری اسید سولفوریک، حمل و یا تقسیم به واحدهای کوچکتر نمودن این نوع اسید از تانکرهای استیل، پلی اتیلنی و یا پلی پروپیلن استفاده می گردد.

• در صورتی که اسید سولفوریک 98% در اختیار شماست و دمای آن بیشتر از 85 درجه سانتیگراد باشد و قصد انبارش آن را دارید حتما از مخزن استیل 316 می بایست استفاده کنید.
• در صورتی که اسید کمتر از 90% در اختیار دارید و دمای آن کمتر از 65 درجه سانتیگراد می باشد می توانید از مخزن اسید با جنس بدنه پلی پروپیلن استفاده نمائید.
• و در صورتی که اسید سولفوریک شما دمایی کمتر از 50 درجه دارد و یا غلظت آن کمتر از 60% باشد می بایست از مخزن پلی اتیلن جهت انبارش اسید مذکور استفاده نمایید.

کاربردهای سولفوریک اسید

اسید سولفوریک به عنوان شاه اسیدها در دنیای صنعت شناخته می‌شود. این اسید مایعی بی‌رنگ، بی‌بو و با چگالی بالا است که به دلیل خواص شیمیایی منحصر به فرد خود، کاربردهای گسترده‌ای در صنایع مختلف دارد.

در ادامه به برخی از کاربردهای اسید سولفوریک اشاره می‌کنیم:

1. تولید کودهای شیمیایی:

اسید سولفوریک در تولید کودهای شیمیایی، به خصوص سوپرفسفات آمونیوم و سولفات آمونیوم که برای رشد گیاهان ضروری هستند، نقش کلیدی دارد. بدون این اسید، تولید غذای کافی برای جمعیت رو به رشد جهان دشوار خواهد بود.

2. تصفیه فاضلاب:

این اسید در تصفیه فاضلاب و حذف آلاینده‌ها و فلزات سنگین از آن نقش مهمی ایفا می‌کند. تصفیه مناسب فاضلاب برای حفظ سلامت محیط زیست و جلوگیری از آلودگی آب‌های زیرزمینی ضروری است.

3. تولید مواد شیمیایی:

سولفوریک اسید در تولید طیف وسیعی از مواد شیمیایی از جمله اسید نیتریک، اسید هیدروکلریک، رنگدانه‌ها، مواد شوینده و حشره‌کش‌ها کاربرد دارد. این مواد شیمیایی در صنایع مختلف از جمله کشاورزی، نساجی و ساخت و ساز به کار می‌روند.

4. پالایش نفت:

این ماده شیمیایی در پالایشگاه‌ها برای تصفیه و جداسازی ناخالصی‌های نفت خام و تولید محصولات نفتی مانند بنزین، گازوئیل و نفت کوره به کار می‌رود.

5. تولید باتری:

اسید سولفوریک، الکترولیت اصلی در باتری‌های سرب-اسید است که در تولید باتری و آب باتری اتومبیل خودروها و سایر وسایل نقلیه استفاده می‌شود.

6. صنایع نساجی:

این اسید قوی در فرآیندهای مختلف تولید پارچه از جمله رنگرزی، تکمیل و چاپ به کار می‌رود. این ماده به افزایش کیفیت و تنوع پارچه‌ها کمک می‌کند.

7. استخراج فلزات:

اسید سولفوریک در استخراج فلزاتی مانند مس، روی، اورانیوم، وانادیوم و سرب از سنگ معدن به کار می‌رود. این اسید به جداسازی فلزات از ناخالصی‌ها و سنگ معدن کمک می‌کند.

8. تولید کاغذ:

این ماده پرکاربرد در فرآیند تولید کاغذ (دستمال کاغذی، روزنامه، جعبه‌های مقوایی، کاغذ تحریر و سایر مقواها) برای خمیر کردن چوب و جداسازی ناخالصی‌ها به کار می‌رود. همچنین به تولید کاغذ با کیفیت و مقاوم کمک می‌کند.

9. تصفیه آب:

سولفوریک اسید برای تصفیه آب و حذف ناخالصی‌ها و فلزات سنگین از آن به کار می‌رود. تصفیه مناسب آب برای سلامتی انسان و حفظ محیط زیست ضروری است.

10. صنایع غذایی (اسید سولفوریک خوراکی)

اسید سولفوریک خوراکی از پختن تری اکسید گوگرد ساخته می‌شود و ماده اولیه در تولید آن گوگرد می‌باشد‌. به علت کاربرد فراوان و گسترده این اسید، سالیانه حدود 180 میلیون تن اسید سولفوریک خوراکی در جهان تولید و جهت جلوگیری از رشد باکتری و میکروبهای مضر درون مواد غذایی استفاده می‌شود.

سایر کاربردهای اسید سولفوریک

• صنایع فولاد و آهن (محصول جانبی صنعت فولاد و رسوب زدایی)
• صنایع شیمیایی (ضد یخ، حشره کشها، داروها، احیای آلومینیوم)
• تولید مواد شوینده (به عنوان حلال چربی ها و لیپیدها)
• تولید مواد منفجره (ماننده تی ان تی)
• حفاری چاه‌های نفت (اسیدی کردن چاه‌های نفت)
• مواد رنگی (نایلون رنگی، جوهر تحریر و تهیه ‏‏‏TiO2 از ایلمنیت)
• ابریشم مصنوعی و فیلم (پارچه‌های ابریشمی، نخ اطراف تایر و فیلم‌های عکاسی)
• فرآیند آنودایزینگ آلومینیوم از غلظت های متفاوت این اسید به عنوان ماده الکترولیت

ساختار شیمیایی اسید سولفوریک

اسید سولفوریک با فرمول شیمیایی H2SO4، از یک اتم گوگرد، چهار اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن تشکیل شده است.

ساختار مولکولی این اسید به صورت زیر است:

O|S(=O)2|OH

در این ساختار، اتم گوگرد در مرکز مولکول قرار دارد و با چهار اتم اکسیژن پیوند کووالانسی برقرار کرده است. دو اتم هیدروژن نیز به دو اتم اکسیژن دیگر متصل هستند.

اسید سولفوریک یک اسید دوپایه است، به این معنی که می‌تواند دو یون هیدروژن (H+) از دست بدهد.

اولین تفکیک اسید سولفوریک به صورت زیر است:

H2SO4 + H2O ⇌ HSO4- + H3O+

در این واکنش، یک اتم هیدروژن از سولفوریک اسید جدا شده و به مولکول آب پیوند می‌دهد و یون هیدروژن (H+) و یون هیدروژن سولفات (HSO4-) را تشکیل می‌دهد.

دومین تفکیک اسید سولفوریک به صورت زیر است:

HSO4- + H2O ⇌ SO42- + H3O+

در این واکنش، اتم هیدروژن دیگر از یون هیدروژن سولفات جدا شده و به مولکول آب پیوند می‌دهد و یون هیدروژن (H+) و یون سولفات (SO42-) را تشکیل می‌دهد.

روشهای تولید اسید سولفوریک

امروزه، دو روش اصلی (تماسی و مرطوب) و دو روش غیر تجاری (روش الکتروشیمیایی و روش مستقیم) برای تولید اسید سولفوریک در جهان وجود دارد:

روش تماسی

شامل سه مرحله است؛

1. سوزاندن گوگرد: گوگرد ذوب شده و در مجاورت هوای گرم سوزانده می‌شود تا گاز دی‌اکسید گوگرد (SO2) تولید شود.
2. تبدیل SO2 به SO3: گاز SO2 در حضور کاتالیزور (پنتا اکسید وانادیم) و با عبور از برج‌های مبدل، به گاز تری‌اکسید گوگرد (SO3) تبدیل می‌شود.
3. جذب SO3 در آب: گاز SO3 در برج جذب، با آب واکنش داده و اسید سولفوریک با غلظت‌های مختلف تولید می‌شود.

• مزایا: راندمان بالا، تولید اسید با غلظت بالا، آلایندگی کمتر
• معایب: نیاز به کاتالیزور، هزینه سرمایه‌گذاری بالا

روش مرطوب

شامل دو مرحله است؛

1. اکسیداسیون سولفید فلزات: سولفید فلزاتی مانند پیریت (FeS2) در مجاورت هوا سوزانده شده و گاز SO2 تولید می‌شود.
2. تبدیل SO2 به اسید سولفوریک: گاز SO2 در برج‌های جذب، با اسید سولفوریک رقیق واکنش داده و اسید با غلظت‌های مختلف تولید می‌شود.

• مزایا: هزینه سرمایه‌گذاری پایین، عدم نیاز به کاتالیزور
• معایب: راندمان پایین، تولید اسید با غلظت پایین، آلایندگی بیشتر

انتخاب روش مناسب برای تولید اسید سولفوریک به عوامل مختلفی مانند ظرفیت تولید، غلظت مورد نظر اسید، هزینه‌ها و مسائل زیست‌محیطی بستگی دارد.

علاوه بر دو روش ذکر شده، روش‌های زیر نیز برای تولید اسید سولفوریک وجود دارند که به دلیل راندمان پایین یا آلایندگی زیاد، کاربرد کمتری دارند.

تولید به روش مستقیم

در این روش، گوگرد با اکسیژن در یک راکتور پلاسمایی واکنش داده و مستقیماً اسید سولفوریک تولید می‌شود. این روش هنوز در تب و تاب توسعه است و به طور تجاری به کار نمی‌رود.

تولید به روش الکتروشیمیایی

در این روش، SO2 در یک سلول الکترولیتی به SO3 تبدیل می‌شود. این روش راندمان بالایی دارد، اما هزینه سرمایه‌گذاری آن بالا است.

خطرات اسید سولفوریک

• خورندگی: اسید سولفوریک به شدت خورنده است و می‌تواند به سرعت به پوست، چشم، فلزات و سایر مواد آسیب برساند. تماس مستقیم با این اسید، منجر به سوختگی‌های شیمیایی دردناک و گاه جبران‌ناپذیر می‌شود.
• سمیت: استنشاق بخارات آن می‌تواند باعث تحریک و التهاب دستگاه تنفسی، سرفه، تنگی نفس و در موارد شدید، آسیب دائمی به ریه‌ها شود. بلعیدن این اسید نیز به شدت سمی و حتی کشنده است.
• گرمای زیاد: این اسید در هنگام رقیق شدن با آب، گرمای زیادی تولید می‌کند. این گرما می‌تواند باعث پاشیدن و سوختگی شود.
• ایجاد گازهای سمی: سولفوریک اسید در هنگام واکنش با برخی مواد، گازهای سمی و خطرناکی مانند سولفور تری‌اکسید و دی‌اکسید گوگرد آزاد می‌کند. استنشاق این گازها می‌تواند منجر به مشکلات تنفسی، سرفه، تهوع و سرگیجه شود.

نکات ایمنی کار با سولفوریک اسید

• استفاده از تجهیزات ایمنی: همیشه از عینک‌های محافظ، ماسک تنفسی، دستکش‌های ضخیم و لباس‌های مخصوص در هنگام کار استفاده کنید.
• تهویه مناسب: محل کار باید به تهویه مناسب مجهز باشد تا از تجمع بخارات اسید در محیط جلوگیری شود.
• رقیق‌سازی اسید: اسید سولفوریک را باید به آرامی و با احتیاط به آب اضافه کرد، نه برعکس.
• نگهداری صحیح: این اسید باید در ظروف مخصوص و در مکان امن و خنک نگهداری شود.
• آگاهی از کمک‌های اولیه: در صورت تماس با اسید، بلافاصله محل تماس را با آب فراوان شستشو داده و به پزشک مراجعه کنید.

علاوه بر موارد ذکر شده، خطرات دیگری نیز وجود دارد که باید توسط متخصصان و افراد فعال در این حوزه به طور کامل شناخته و در نظر گرفته شوند.

با رعایت نکات ایمنی و آگاهی از خطرات، می‌توان از این ماده شیمیایی قدرتمند به طور ایمن و موثر در صنعت استفاده کرد و از بروز حوادث ناگوار جلوگیری نمود.