Tlen i Siarka

SPIS TREŚCI


TLEN 3
tlenki 3
Nazewnictwo tlenków niemetali 4
Tlenki zasadowe, 4
Tlenki kwasowe, 4
Tlenki amfoteryczne, 4
WODA JAKO PRZYKŁAD JEDNEGO Z TLENKÓW 4
woda ciężka 5
woda destylowana 5
woda, chlorowanie 5
woda, stopnie twardości 6
woda, uzdatnianie (preparowanie) 6
woda, zmiękczanie 6
SIARKA 7
Stopnie utlenienia siarki 8
Sarka, produkcja metodą flotacyjno-filtracyjną 8
siarka, produkcja z siarkowodoru metodą Clausa 8
siarka, wydobywanie metodą podziemnego wytapiania 9
siarkawy kwas 9
siarkowodór 9
siarkowy kwas 10
TABELA PODSUMÓWUJĄCA 12
BIBLIOGRAFIA 12

TLEN

(O) (łac. oxygenium) — pierwiastek chemiczny, w układzie okresowym położony w grupie VI, rozpoczynający grupę główną tlenowców, Z = 8, m. atom. 15,9994 ±3 (-> tlenowce). Po raz pierwszy otrzymał go w 1774 r. angielski chemik J. Priestley przez rozkład tlenku rtęciowego HgO. Prawie jednocześnie tlen otrzymał K. W. Scheele. Obaj odkrywcy uważali go za zdeflogistonowane powietrze (-> flogiston). Dopiero kilka lat później Lavoisier dokładnie zbadał własności tlenu i uznał go za pierwiastek, przy czym stwierdził (niesłusznie!), że wchodzi on w skład wszystkich kwasów (skąd pochodzi łacińska nazwa oznaczająca tworzący kwas).
Tlen jest gazem bez barwy, smaku i zapachu. Temperatura topnienia — 218,8C, temperatura wrzenia - 183,0C, gęstość 1,429 (0C, 0,1 MPa). W zwykłych warunkach występuje w postaci dwuatomowych cząsteczek O2. Ma własności paramagnetyczne; ciekły tlen można wyciągać z naczynia magnesem. Odmianą alotropową tlenu jest -> ozon. Naturalny pierwiastek jest mieszaniną trzech izotopów trwałych 160, "O, 180.
W przyrodzie występuje jako składnik powietrza, a także w składzie wszystkich skał; zawartość tlenu w skorupie ziemskiej (47,2%) jest największa ze wszystkich pierwiastków. W temperaturze pokojowej tlen nie jest aktywny chemicznie. W wyższych temperaturach reaguje bezpośrednio ze wszystkimi pierwiastkami, z wyjątkiem fluorowców i helowców, tworząc tlenki. Tlenki fluorowców otrzymano metodami pośrednimi. W związkach występuje w stopniu utleniania —2 (—1 w nadtlenku wodoru H2O2). W laboratorium otrzymywany przez ogrzewanie tlenku rtęciowego HgO lub nadmanganianu potasowego KMnO4, w przemyśle — przez destylację frakcyjną skroplonego powietrza lub przez elektrolizę wodnych roztworów KOH. Stosowany do bielenia tkanin, spawania i cięcia metali w palnikach tlenowo-wodorowych lub tlenowo-acetylenowych, do oddychania — w medycynie, lotnictwie i in

tlenki
Związki tlenu z pierwiastkami, w których atomy tlenu O tworzą wiązania tylko z danym pierwiastkiem, a nie łączą się miedzy sobą (w odróżnieniu od nadtlenków i ponadtlenków). Nazwy tlenków tworzy się w zależności od rodzaju pierwiastka (metalu lub niemetalu), jego stopnia utlenienia i liczby atomów tlenu w cząsteczce.
Tlenki metali, występujących tylko w jednym stopniu utlenienia mają końcówkę -owy, np. Na2O — tlenek sodowy, CaO — tlenek wapniowy itd. Tlenki metali, które mogą występować w dwóch stopniach utlenienia, mają końcówki: niższy tlenek -awy, wyższy -owy; np. tlenek żelazawy FeO, tlenek żelazowy Fe2O3; tlenek miedziawy Cu2O, tlenek miedziowy CuO itp. Stosuje się również nazwy typu: tlenek żelaza(II), tlenek żelaza(III), gdzie liczba rzymska w nawiasie wskazuje stopień utlenienia metalu. Nazwy tlenków niemetali mają zawsze końcówkę rzeczownikową, natomiast stopień utlenienia wskazuje się za pomocą przedrostka (tabl.). Wyższym tlenkom metali, o własnościach kwasowych, nadaje się nazwy jak tlenkom niemetali, np.: CrO3 — trójtlenek chromu, OsO4 — czterotlenek osmu.


Nazewnictwo tlenków niemetali

Wzór Nazwa Stopień utlenienia Przykład
X2O podtlenek 1 N2O podtlenek azotu
XO tlenek 2 CO tlenek węgla, NO tlenek azotu

X2O3 lub XO3 trójtlenek 3 lub 6 N2O3 trójtlenek azotu
SO, trójtlenek siarki
X2O4 lub XO4 czterotlenek 4 lub 8 N2O4 czterotlenek azotu
OsO4 czterotlenek osmu
X203 pięciotlenek 5 N2O5 pięciotlenek azotu
X3O, siedmiotlenek. 7 C12O7 siedmiotlenek chloru
X oznacza dowolny niemetal

Pod względem własności chemicznych. rozróżnia się tlenki zasadowe, kwasowe, amfeteryczne i obojętne.
Tlenki zasadowe,
rozpuszczają się w wodzie tworząc wodorotlenki (zasady) lub w kwasie tworząc sole, zawierające dany pierwiastek w kationie. Są to tlenki większości metali.
Tlenki kwasowe,
zwane również bezwodnikami kwasowymi, rozpuszczają się w wodzie — tworząc kwasy, albo w zasadach — tworząc sole, w których dany pierwiastek występuje w anionie. Są to tlenki niemetali, np. SO2, SO3, CO2, a także wyższe tlenki niektórych metali, np. CrO3, WO3, Mn2O7.
Tlenki amfoteryczne,
np. A12O3, Cr2O3 rozpuszczają się zarówno w kwasach, jak i w zasadach (-> amfoteryczność). Tlenki obojętne nie tworzą z wodą ani kwasów, ani zasad. Są to np. CO, N2O, NO i in. Tlenki powstają najczęściej przez bezpośrednie łączenie się pierwiastków z tlenem powietrza. Można je również otrzymać przez prażenie wodorotlenków, węglanów, azotanów i innych związków. W przyrodzie występują w wielu skałach i minerałach. Najbardziej rozpowszechnionym tlenkiem jest -> woda.

WODA JAKO PRZYKŁAD JEDNEGO Z TLENKÓW
H2O, tlenek wodoru; najprostszy związek wodoru z tlenem. W starożytności wodę uważano za pierwiastek, jeden z czterech żywiołów, z których jest zbudowany świat (ogień, ziemia, powietrze i woda). Pogląd, że jest ona substancją prostą, utrzymał się do końca XVIII w. Dopiero w 1 783 r. A. Lavoisier rozłożył wodę na wodór i tlen, a także otrzymał wodę przez spalenie wodoru.
W zwykłych warunkach woda jest bezbarwną cieczą bez smaku i zapachu, niebieską w warstwach o grubości ponad 2 m. Temperatura topnienia 0C, temperatura wrzenia 100C, gęstość 0,9998 g/cm3 (w temp. 0C). Gęstość wody osiąga maksymalną wartość w temperaturze 3,98C, powyżej i poniżej tej temperatury gęstość wody jest mniejsza; w związku z tym podczas krzepnięcia woda zwiększa swoją objętość. Ciepło topnienia wody wynosi 333 J/g, ciepło parowania 2256 J/g, ciepło właściwe 4,18 J/g. Te własności wody mają wpływ na kształtowanie się klimatu. Cząsteczka wody ma kształt kątowy. W stanie pary woda występuje w postaci pojedynczych cząsteczek H2O, które w stanie ciekłym ulegają asocjacji, łącząc się wiązaniem wodorowym w długie łańcuchy i struktury trójwymiarowe (H2O)n. W wysokiej temp. (powyżej 2000C) rozpada się na wodór i tlen. Woda w nieznacznym stopniu dysocjuje na jony.
Reaguje z metalami I i II grupy układu okresowego, przy czym wydziela się wodór i powstaje odpowiedni wodorotlenek. Reaguje również z fluorem (-> fluor). Reakcja metali z wodą i rozpuszczonymi w niej tlenem i elektrolitami jest przyczyną korozji. W wielu reakcjach chemicznych woda jest katalizatorem (np. łączenie się metali alkalicznych z chlorem, łańcuchowa reakcja wodoru z chlorem).
Woda jest najbardziej rozpowszechnionym związkiem na Ziemi. Występuje w morzach i oceanach, w stanie związanym wchodzi w skład wielu minerałów i skał, znajduje się w organizmach roślinnych i zwierzęcych (50-90% ich masy). W postaci pary występuje w atmosferze.
W chemii ma wielkie znaczenie jako najważniejszy rozpuszczalnik, zwłaszcza dla substancji, w których występują wiązanie jonowe. W roztworach wodnych ulegają one dysocjacji elektrolitycznej.
woda ciężka
D2O lub DHO; izotopowa odmiana wody, w której jeden lub oba atomy wodoru zostały zastąpione deuterem. Występuje jako niewielka domieszka do wód naturalnych, średnio w stosunku l: 7000. Od zwykłej wody różni się własnościami fizycznymi: temperatura topnienia D2O 3,81C, temperatura wrzenia 101,43C, gęstość 1,11 g/cm3 (w temp. 10,2C). Wstępuje w te same reakcje chemiczne co woda zwykła. Otrzymywana przez długotrwałą elektrolizę wody: zwykła woda ulega rozkładowi, a w.c. gromadzi się w pozostałości. Stos. jako spowalniacz neutronów (moderator) w reaktorach jądrowych, do badań biologicznych jako wskaźnik izotopowy. Działa niekorzystnie na rozwój organizmów żywych; istnieją przypuszczenia, że obecność w.c. w płynach komórkowych przyspiesza procesy starzenia żywych organizmów.
woda destylowana
Woda oczyszczona przez destylację. W procesie destylacji usuwa się z wody zanieczyszczenia mineralne i zawiesiny mech. Zawarte w wodzie składniki lotne, np. amoniak, dwutlenek węgla i in., przechodzą z parą do destylatu; usuwa się je przez odgazowanie lub dodanie odpowiednich substancji chemicznych. Na skalę przemysłową destylację prowadzi się w wyparkach, wykorzystując wodę odpadkową. Aby zapobiec osadzaniu się kamienia w wyparkach, wodę uprzednio poddaje się uzdatnieniu.
Do celów specjalnych stosuje się wodę destylowaną dwukrotnie, tzw. redestylowaną. Drugą destylację prowadzi się zazwyczaj w naczyniach ze specjalnego tworzywa (kwarc, platyna).
woda, chlorowanie
Najpospolitsza metoda dezynfekcji wody do picia i w basenach kąpielowych. W zakładach wodociągowych do chlorowania wody stosuje się najczęściej chlor gazowy. W wodociągach o małej wydajności do chlorowania używa się podchlorynu sodowego lub wapniowego, rzadziej wapna chlorowanego. W celu uniknięcia pogorszenia się zapachu wody dezynfekowanej w obecności fenoli, z którymi chlor tworzy chlorofenole o nieprzyjemnym zapachu, używa się dwutlenku chloru. Do chlorowania wody w basenach kąpielowych stosuje się chlor lub chloraminy nieorganiczne.
woda, stopnie twardości
Umowne miary (jednostki) twardości wody, określające zawartość w niej soli wapnia (lub równoważnych ilości soli magnezu). W Polsce stosowane były przez długi czas stopnie niemieckie; 1 n odpowiadał zawartości l cząsteczce wagowej Ca na 1000 000 cząsteczki wagowej H2O; obecnie wg BN obowiązuje jednostka uniwersalna — milival (miligramorównoważnik) dowolnego składnika (nadającego wodzie twardość) na l dm3 wody.


Rodzaj wody Twardość
stopnie mval/dm3
B. twarda >30 10,65
Twarda 18-30 6,35-10,65
Dość twarda 12-18 4,25-6,35
Średnio twarda 8-12 2,8-4,25
Miękka 4-8 1,4-2,8
B. miękka 0-4 0-1,4

woda, uzdatnianie (preparowanie)
Poddawanie wody surowej, pobieranej z dostępnego źródła naturalnego, określonym procesom w celu dostosowania jej jakości do wymagań stawianych wodzie do picia, zasilania kotłów parowych i różnych procesów technologicznych. Uzdatnianie wody przeprowadza się w celu uwolnienia jej od zanieczyszczeń mechanicznych i koloidalnych oraz od zawartych w niej soli, a tym samym w celu zapobieżenia odkładaniu się kamienia kotłowego, porywaniu soli przez parę, korozji metali i zanieczyszczaniu materiałów poddanych obróbce w procesach technologicznych. Poddaje się zatem wodę surową procesom: a) fizyko-mechanicznym, tj. klarowanie, filtrowanie, odgazowanie, napowietrzanie; b) fizykochemicznym, tj. koagulacja, utlenianie, odkwaszanie, odmineralizowanie, odżelazianie, odmanganianie, odbarwianie, dezynfekcja; c) biologicznym, zachodzącym podczas powolnego filtrowania. Uzdatnianie wody obejmuje właściwe procesy oczyszczania wody, jak również tzw. doczyszczanie wody, tj. polepszanie jej własności morfologicznych i fizycznych (temp., przezroczystość, barwa, zapach, smak, wygląd, klarowność). Nieodpowiedni smak, zapach i barwę usuwa się przez: napowietrzanie przez rozpryskiwanie wody w powietrzu lub wtłaczanie do niej powietrza (w celu usunięcia H2S, CO2, soli żelaza i manganu); chlorowanie (i ew. następne odchlorowanie tiosiarczanem lub siarczynem sodowym) stosowane w celu usunięcia m.in. fenoli; adsorpcję na filtrach z węglem aktywnym (w celu usunięcia wymienionych zanieczyszczeń oraz chloru, chlorofenoli, drobnoustrojów, glonów, ciał próchniczych). Zależnie od własności wody surowej i jej przeznaczenia dobiera się najwłaściwszy kompleksowy sposób uzdatniania wody.
woda, zmiękczanie
Podstawowy proces uzdatniania wody, polegający na usuwaniu soli wapnia i magnezu, tj. głównych składników powodujących twardość wody (-> woda, twardość), przez przeprowadzenie ich w trudno rozp., wytrącające się związki. Po uprzednim oczyszczeniu wstępnym (osadzanie, filtrowanie, koagulacja) poddaje się wodę zmiękczeniu: a) przez strącanie metodą cieplną lub chemiczną lub b) przez jonitowanie.
SIARKA

(S) (łac. sulfur) — pierwiastek chemiczny, w układzie okresowym położony w g rupie VI, w grupie głównej tlenowców, Z = 16, m. atom. 32,066 ± 6 (-> tlenowce). Znana od najdawniejszych czasów: pierwsze o niej wzmianki datują się z 2000 lat p.n.e. W starożytności służyła do bielenia tkanin, w medycynie do leczenia chorób skórnych, przede wszystkim trądu (chorych okadzano dymem ze spalonej siarki). Przypisywano jej własności magiczne. W średniowieczu alchemicy uważali siarkę za „żywioł palności". Po wynalezieniu broni palnej siarka zyskała wielkie znaczenie jako składnik prochu. W 1772 r. A. Lavoisier zaliczył ją do pierwiastków.
Siarka jest niemetalem o temperaturze wrzenia 444,6C. Występuje w kilku odmianach alotropowych. W temperaturze pokojowej trwała jest siarka rombowa: krucha, żółta substancja o gęstości 2,07 g/cm3. W temperaturze 95,6C zamienia się ona w siarkę jednoskośną, która w temperaturze 112,8C rozpływa się na żółtą ciecz. Obie odmiany są zbudowane z pierścieniowych cząsteczek S8, otwierających się podczas topnienia i tworzących długie łańcuchy. Ze wzrostem temperatury roztopiona siarka stopniowo ciemnieje; szybko ochłodzona przechodzi w siarkę plastyczną: żółto brązową, ciągliwą masę.


Kryształy siarki: a) rombowej, b) jednoskośnej

Przez szybkie ochłodzenie par. siarki otrzymuje się żółtoszary proszek, znany pod nazwą kwiatu siarczanego. Pary siarki, składają się z cząsteczek S8 i S4, które ze wzrostem temperatury przechodzą stopniowo w S2 i pojedyncze atomy S (powyżej temperatury 1700C). Naturalny pierwiastek jest mieszaniną czterech izotopów trwałych: 32S, 33S, 34S i 36S. Sztucznie otrzymano promieniotwórczy izotop 35S (prom. bT1/2 = 87,1 d), stosowany w badaniach naukowych i technicznych jako wskaźnik. W przyrodzie występuje często w postaci siarki rodzimej (np. złoża w Tarnobrzegu), a także w wielu minerałach, z których najważniejszymi są: piryt FeS2, galena PbS, sfaler.yt ZnS (blenda cynkowa). Występuje również w pospolitych minerałach siarczanowych, jak anhydryt CaSO4, gips CaSO4 2H2O, mirabilit Na2SO4-10H2O. W postaci związków organicznych znajduje się w węglach, ropie naftowej, gazie ziemnym, żywych organizmach roślinnych i zwierzęcych.
Siarka jest niemetalem, dość aktywnym chemicznie. W stanie wolnym, w warunkach normalnych, zachowuje się biernie, ulega tylko działaniu fluoru. W podwyższonej temperaturze łączy się z metalami na siarczki; tworzy związki z fluorowcami (z wyjątkiem jodu), azotem, węglem, fosforem. W związkach występuje w stopniu utlenienia od -2 do +6 (tabl.). Z wodorem tworzy -> siarkowodór H2S. Ogrzana w powietrzu spala się niebieskim płomieniem na dwutlenek SO2 — bezbarwny gaz o ostrym zapachu rozpuszczający się w wodzie z wytworzeniem kwasu siarkawego. Dwutlenek można utlenić tlenem powietrza do trójtlenku SO3 — reakcja ta zachodzi tylko w obecności katalizatora: sproszkowanej platyny, pięciotlenku wanadu V2O5 lub in. Trójtlenek SO3 jest bezbarwnym gazem dymiącym na powietrzu; jest bezwodnikiem kwasu siarkowego. Inne tlenki siarki są nietrwałe i nie mają praktycznego znaczenia. Organiczne związki siarki są składnikami białek.
Ponad 50% wydobywanej na świecie siarki zużywa się do produkcji. kwasu siarkowego. Duże ilości przerabia się także na dwusiarczek węgla CS2. Siarkę stosuje się również do wulkanizacji kauczuku, produkcji. materiałów wybuchowych, w wielkiej syntezie organicznej i in. Szerokie zastosowanie mają związki siarki (-> chlorek siarki, -> dwusiarczek węgla, -> siarkowy kwas, -> tiosiarczan sodowy).

Stopnie utlenienia siarki

Stopień utlenienia Związek
+ 6 SO3trójtlenek siarki kwas siarkowy H2SO4 kwas dwusiarkowy (pirosiarkowy) H2S2O7 kwas nadtlenosiarkowy H2SO5 (kwas Caro) kwas nadtlenodwusiarkowy H2S2O8
+ 4 SO2 dwutlenek siarki kwas siarkawy H2SO3 kwas dwusiarkawy H2S2O5
+ 3 S2O3 trójtlenek dwusiarki kwas podsiarkawy H2S2O4
' +2 SO(Jub S2O2) tlenek siarki
0 S wolna siarka
-2 H2S siarkowodór siarczki Me2S


Sarka, produkcja metodą flotacyjno-filtracyjną
Przemysłowa metoda otrzymywania z rudy o zawartości 18-30% siarki. Rudę siarkową kruszy się, miele na mokro w młynach kulowych lub prętowych i flotuje. Uzyskany koncentrat flotacyjny odwadnia się na wirówkach, topi i filtruje na filtrach Kelly'ego. Otrzymuje się czystą siarkę o zawartości 99,9% S oraz tzw. kek siarkowy o zawartości ok. 40% S. Siarkę w stanie ciekłym przesyła się do odbiorców cysternami i statkami (siarkowce) wyposażonymi w urządzenie do ogrzewania parą. Można ją również magazynować po zestaleniu w postaci bloków, płatków lub granulować. Kek jest surowcem do produkcji kwasu siarkowego. W Polsce metodą flotacyjno-filtracyjną produkuje się siarkę z rudy wydobywanej w Machowie k. Tarnobrzegu.

siarka, produkcja z siarkowodoru metodą Clausa
Proces Clausa; metoda otrzymywania siarki z gazów zawierających 60-80% siarkowodoru, wydzielanych zwłaszcza z niektórych gazów ziemnych (-> gaz ziemny, odsiarczanie) lub gazów rafineryjnych. Proces Clausa polega na dwustopniowym utlenianiu siarkowodoru do siarki wg reakcji:
H2S + 1,5O2 --> SO2 + H2O
2H2S + SO2 -->3S+2H2O
W pierwszym etapie następuje spalanie siarkowodoru, przeprowadzane w kotle-utylizatorze, w którym ciepło reakcji wykorzystuje się do produkcji pary. Drugi etap (reakcja siarkowodoru z dwutlenkiem siarki) przeprowadza się w tzw. piecach Clausa wobec aktywowanego boksytu jako katalizatora. Gazy poreakcyjne po wykropleniu ciekłej siarki i usunięciu dwutlenku siarki kieruje się do atmosfery.

siarka, wydobywanie metodą podziemnego wytapiania
Metoda Frascha; przemysłowa metoda otrzymywania siarki bezpośrednio ze złoża. Polega na stopieniu siarki w złożu pod ziemią, wypompowaniu ciekłej siarki na powierzchnię i oczyszczeniu jej. Do otworu wiertniczego wprowadza się trzy rury umieszczone koncentrycznie (rys).
Rurą zewnętrzną wtłacza się wodę pod ciśnieniem 1,5-2 MPa o temperaturze 165-180C. Rurą środkową wtłacza się powietrze. Wytopiona ze złoża gorącą wodą siarka wydobywa się wraz z pęcherzykami powietrza na powierzchnię pierścieniowym przewodem utworzonym przez dwie rury wewnętrzne. Na powierzchni siarkę oczyszcza się przez filtrację lub wirowanie i magazynuje w stanie ciekłym lub stałym. Metodę tę stosuje się do wydobywania siarki przede wszystkim w USA — w rejonie Zatoki Meksykańskiej, w Polsce — w Grzybowie i Jeziorku. Metodą podziemnego wytapiania można wydobyć tylko 25-20% siarki zawartej w złożu. Stosuje się ją do złóż położonych głęboko, dla których odkrywkowa metoda wydobywania rudy jest nieekonomiczna.

siarkawy kwas
H2SO3; kwas o średniej mocy, trwały tylko w rozcieńczonych roztworach; ma własności redukujące. Tworzy sole siarczyny Me2SO3, przeważnie nierozpuszczalne w wodzie (z wyjątkiem siarczynów litowców). Wodorosiarczyny pod wpływem ogrzania przechodzą w pirosiarczyny Me2S2O5 — sole nieznanego w stanie wolnym kwasu pirosiarkawego H2S2O5. Siarczyny otrzymuje się przez działanie dwutlenku siarki SO2 na roztwór wodny wodorotlenków lub węglanów odpowiednich metali. Duże znaczenie praktyczne mają reakcje przyłączania SO2 i H2SO3 do związków org., przede wszystkim barwników. Produkty przyłączenia są bezbarwne, co wykorzystuje się stosując kwas siarkawy i siarczyny do bielenia wełny, jedwabiu, słomy, itp., tj. materiałów, których nie można bielić stos. zwykle w tym celu utleniaczami.

siarkowodór
H2S; bezbarwny, trujący gaz o charakterystycznym zapachu zgniłych jaj. Temperatura topnienia — 85,6C, temperatura wrzenia — 60,4C, gęstość 1,539 g/dm3 (temperatura 0C, 0,1 MPa). W temperaturze 250C zapala się i płonie, tworząc dwutlenek siarki SO2 i wodę. Umiarkowanie rozpuszczalny w wodzie; wodny roztwór H2S ma charakter słabego kwasu (kwas siarkowodorowy), o własnościach redukujących. Solami kwasu siarkowodorowego są siarczki Me2S, otrzymywany najczęściej przez bezpośrednią reakcję odpowiednich metali z siarką lub przez strącanie. W laboratoriach siarkę otrzymuje się przez działanie kwasów na siarczki metali, np. siarczek żelazawy FeS. W przemyśle jest produktem ubocznym przy rafinacji ropy naftowej i oczyszczaniu gazu ziemnego. Tworzy się podczas rozkładu białek. Stosowany w ograniczonym zakresie do produkcji kwasu siarkowego, w przemyśle org. do otrzymywania tiofenów, merkaptanów i innych związków, w analitycznej chemii jakościowej i in.

siarkowy kwas
H2SO4; mocny kwas, bezbarwna, oleista ciecz zastygająca na krystaliczną masę w temperaturze + 10,37C Miesza się z wodą we wszystkich stosunkach. Znajdujący się w handlu kwas siarkowy zawiera 98,3% H2SO4 (gęstość 1,84 g/cm3), jest to tzw. stężony kwas siarkowy. Stężony kwas siarkowy pochłania wilgoć z powietrza, ma działanie osuszające. Rozpuszcza dobrze trójtlenek siarki SO3 (-> oleum). Tworzy sole siarczany. Stężony gorący kwas siarkowy jest silnym utleniaczem: utlenia np. węgiel do CO2, rozpuszcza metale półszlachetne (Cu, Hg i in), z wydzieleniem SO2, powoduje zwęglenie substancji organicznej. W odróżnieniu od kwasu azotowego, rozcieńczony traci własności utleniające, rozpuszcza metale znajdujące się przed wodorem w szeregu napięciowym z wydzieleniem wodoru. Otrzymywany przez rozpuszczenie w wodzie trójtlenku siarki SO3 (-> siarka). Jest ważnym i najtańszym kwasem, produkowanym na wielką skalę, o szerokim zastosowaniu. Największe ilości kwasu siarkowego są zużywane do otrzymywania superfosfatu i siarczanu amonowego. Stos. także do produkcji kwasu fosforowego, w przemyśle org. do nitrowania i sulfonowania, do rafinacji ropy naftowej i produktów naftowych, do trawienia metali, osuszania gazów, rozcieńczony do napełniania akumulatorów ołowiowych, jako odczynnik laboratoryjny i in.
Jak większość mocnych kwasów kwas siarkowy ma działanie żrące, w zetknięciu ze skórą powoduje bolesne i trudno gojące się oparzenia.
Produkcja — przemysłowa metoda otrzymywania kwasu siarkowego. Surowcami stosowanymi do produkcji są: siarka elementarna, piryty (w Polsce nie stos.), gips i anhydryt, siarkowodór (-> siarka, produkcja z siarkowodoru metodą Clausa), gazy odpadowe z hut miedzi i cynku oraz inne gazy zawierające dwutlenek siarki. We wszystkich metodach produkcja polega na otrzymywaniu z surowca gazów zawierających dwutlenek siarki, tlen i azot, utlenianiu dwutlenku siarki tlenem do trójtlenku siarki na katalizatorze wanadowym (-> aparat kontaktowy do utleniania dwutlenku siarki) i absorpcji trójtlenku siarki z gazów. Do spalania surowców stosuje się powietrze. Aby uniknąć zanieczyszczenia katalizatora, gazy przed wprowadzeniem do aparatu kontaktowego muszą być dokładnie oczyszczone od substancji stałych. Nie wymagają tego gazy otrzymywane ze spalania siarki, gdyż jest ona doprowadzana w stanie czystym. Instalacja do produkcji kwasu siarkowego z siarki pracuje w następujący sposób: stopioną siarkę, po oddzieleniu zanieczyszczeń w filtrze, wprowadza się do pieca wtryskowego (rys.), w którym następuje mieszanie inżektorowe z nadmiarem suchego, gorącego powietrza i intensywne spalanie w temperaturze ok. 900C. Otrzymane gazy chłodzi się w kotle (produkującym ubocznie parę wodną) do temperatury ok. 400C i doprowadza do węzła kontaktowego. Wytworzony tu trójtlenek siarki absorbuje się w dwóch kolejnych wieżach zraszanych oleum cyrkulującym w pierwszej wieży i kwasem siarkowym p stężeniu 98% , cyrkulującym w obiegu drugiej wieży. Do drugiej wieży doprowadza się odpowiednią ilość wody w celu utrzymania stałego stężenia kwasu zraszającego wieżę. Część kwasu produkowanego w wieży odbiera się do zbiorników magazynowych jako gotowy produkt, a część zawraca do obiegu. Podobnie część oleum z pierwszej wieży stanowi produkt, a cześć po rozcieńczeniu 98% kwasem siarkowym zawraca się do zraszania wieży.
W instalacjach do produkcji kwasu siarkowego z keku lub pirytu pomiędzy piecami do prażenia (zwykle fluidyzacyjne) a aparatem kontaktowym znajdują się urządzenia odpylające, jak komory grawitacyjne, cyklony, elektrofiltry suche, wieże zraszane wodą, elektrofiltry mokre. Podobne urządzenia odpylające znajdują się w instalacjach do prod. kwasu siarkowego z anhydrytu lub gipsu, w których dwutlenek siarki otrzymuje się w piecu cementowym, produkującym jednocześnie cement.
Stosowana dawniej metoda nitrozowa produkcji kwasu siarkowego, w której proces katalitycznego utleniania dwutlenku siarki do trójtlenku siarki przebiegał w fazie ciekłej i gazowej z udziałem tlenków azotu, została obecnie zaniechana. Uzyskiwany tą metodą kwas był rozcieńczony (ok. 75-proc.) i zanieczyszczony tlenkami azotu.

Produkcja metodą podwójnego kontaktowania (podwójnej konwersji) — odmiana kontaktowej metody produkcji kwasu siarkowego, umożliwiająca obniżenie strat dwutlenku siarki, uchodzącego z gazami odlotowymi z instalacji. Metoda ta polega na przeprowadzeniu części dwutlenku siarki w trójtlenek w aparacie kontaktowym (tzw. pierwszy stopień kontaktowania), usunięciu z gazów trójtlenku siarki przez absorpcję w wieży produkcyjnej kwasu siarkowego, ponownym przeprowadzeniu reakcji utleniania dwutlenku w trójtlenek (tzw. drugi stopień kontaktowania) i absorpcji wytworzonego trójtlenku siarki w drugiej, końcowej wieży produkcyjnej. Usunięcie trójtlenku siarki po pierwszym stopniu kontaktowania powoduje zmianę składu fazy gazowej i ułatwia dalszy przebieg utleniania. Mimo że instalacja pracująca metodą podwójnego kontaktowania (rys.) wymaga zwiększonych nakładów inwestycyjnych i eksploatacyjnych (m.in. na dodatkową wieżę), buduje się je ze względu na ochronę środowiska. Metoda podwójnego kontaktowania w stosunku do metod jednokrotnego kontaktowania umożliwia około dziesięciokrotne zmniejszenie zawartości dwutlenku siarki w gazach odlotowych.



TABELA PODSUMÓWUJĄCA


Tlen Siarka
Liczba atomowa 8 16
Masa atomowa 15,9994 + 3 32,06
Budowa zewnętrznych
powłok elektronowych 2s22p" 3s23p4
Promień atomu, nm 0,066 0,104
Stopień utlenienia -2, -1 od -2
do +6
Rozpowszechnienie, /0 49,5 0,06


BIBLIOGRAFIA

1) Ilustrowana encyklopedia dla wszystkich – Chemia, Wydawnictwo naukowo-techniczne, Warszawa 1990
2) Chemia, Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne Spółka Akcyjna, Warszawa 1999
3) Multimedialne Podręczniki, Chemia, 2000
4) Internet