8. Хімічні матеріали

На сучасному етапі розвитку народного господарства хімізація окремих галузей набуває стратегічного значення. Вона характеризується широким розвитком і впровадженням нових хімічних виробництв, процесів і матеріалів та їх комплексним використанням.

Хімічні матеріали (продукти) поділяють на групи:

Група 1. Неорганічні хімічні продукти. Їх поділяють на підгрупи: гази та елементарні речовини, кислоти, луги, солі, добрива, окислювачі, пігменти та фарби.

Група 2. Органічні хімічні продукти. Їх поділяють на підгрупи: органічні напівпродукти, фарбники та допоміжні речовини, лаки та емалі, органічні розчинники, оліфи та грунтівки, штучні смоли та пластмаси, вироби з пластмас, прискорювачі та антиокислювачі.

Хімічні матеріали бувають рідкими, газоподібними, твердими, пастоподібними, у вигляді розчинів, порошків, стиснутих і скраплених газів та у вигляді виробів. Особливість хімічних матеріалів у тому, що більшість з них отруйні, пожежо- та вибухонебезпечні.

8.1 Неорганічні кислоти, луги та солі

8.1.1 Неорганічні кислоти

Кислоти - речовини, які містять водень і при електролітичній дисоціації утворюють іони водню .У водних розчинах кислоти дисоціюють на іони водню та кисневий залишок. Кількість атомів водню, здатних замінюватись металами з утворенням солей, визначає основність кислот. Їх класифікують за певними ознаками (Рис. 8.1).

Одноосновні (HCl, HNO₃)

Двохосновні (H₂SO₄)

Трьохосновні (H₃PO₄)

Органічні (оцтова, лимонна)

Неорганічні (сірчана, азотна)

Тверді (борна, стеаринова)

Рідкі (азотна, фосфорна)

Рисунок 8.1 Класифікація кислот.

Cеред 22 видів неорганічних кислот найбільше значення мають сірчана, соляна, азотна та фосфорна кислоти.

Сірчана кислота (H₂SO₄). Безводна сірчана кислота важка (1850 кг/м³ при t=0˚С) безколірна та масляниста рідина. Змішується з водою і з SO₃ у будь якому співвідношенні. Її використовують у виробництві мінеральних добрив, різних солей, для очищення поверхонь металічних виробів перед нанесенням гальванічного покриття, у виробництві штучних і синтетичних волокон, для очищення нафтопродуктів тощо. Концентрована сірчана кислота реагує майже з усіма металами і створює кислі (гідросульфати) або середні (сульфатні) солі.

Сировина для виробництва сірчаної кислоти піріт Fe₂S (сірчаний колчедан), сірководень H₂S, побічні продукти виробництва кольорових металів і коксу та вільна сірка.

Для отримання сірчаної кислоти використовують контактний та нітрозний способи.

Контактний спосіб дозволяє виробляти сірчану кислоту будь-якої концентрації і полягає в отриманні диоксиду сірки (SO₂), його очистці від домішок та окисленні при температурі 400...600˚С киснем повітря у присутності каталізаторів до SO₃. Отриманий сірчаний газ зрошують концентрованою 96…98% сірчаною кислотою. Отримують олеум H₂S₂O₇.При нагріванні олеуму сірчаний ангідрит SO₃ виділяють до отримання кислоти міцністю 98,5%.

Нітрозний спосіб дозволяє виробляти сірчану кислоту помірної концентрації (70…80%) і полягає в окисленні SO₂ нітрозою (розчин окисів азоту в концентрованій сірчаній кислоті). Процес відбувається в спеціальних баштах (камерах) футерованих кислотостійкою керамікою. Тому отриману кислоту називають баштовою або камерною.

Сірчану кислоту випускають таких марок; купоросне масло(92…96% H₂SO₄), баштова(75% H₂SO₄), камерна (65% H₂SO₄), олеум високої концентрації, який містить 65% вільного SO₃, олеум малої концентрації, який містить 18,5% вільного SO₃ акумуляторна (32…39% H₂SO₄), реактивна ("ч"- чиста, "чда"- чиста для аналізів, "хч"- хімічно чиста, "оч"- особливої чистоти) та регенерована.

Соляна (хлористоводнева) кислота (HCl) це безбарвна рідина з різким запахом. Належить до сильних кислот. Широко використовується у гідрометалургії дорогоцінних металів, у процесі паяння та лудіння металів, при виробництві анілінових фарбників та оцтової кислоти, дубленню та фарбуванню шкіри тощо.

Процес виробництва соляної кислоти йде у два етапи: отримання газоподібного хлористого водню HCl та розчинення його у воді. Найпростіший спосіб отримання газоподібного НCl - взаємодія NaCl з сірчаною кислотою: 2NaCl + H₂SO₄ =2HCl↑+ Na₂SO₄. Найбільш поширений спосіб виробництва соляної кислоти з водню і хлору. Його називають синтетичним, а отриману кислоту- синтетичною.

Соляну кислоту випускають таких марок : технічна синтетична сортів 31,0 та 27,5%, реактивна: марка А (35…38%) - для підприємств кольорової металургії; марка Б (не менше 31,5%) для сільського господарства, медичної та харчової промисловості; марка В(не менше 31%) - для всіх інших споживачів.

Азотна кислота ( HNO₃ ). Безводна азотна кислота важка (1520 кг/м³ при t= 15˚С) безбарвна рідина з різким запахом. У процесі взаємодії з металами виділяється не водень, а NO та NO₂. Тваринні та рослинні тканини швидко руйнуються під її впливом. Реагуючи з металами утворює нітрати.

Концентровану азотну кислоту використовують для виробництва вибухових речовин, пластмас, барвників, нітролаків, мінеральних добрив, тощо.

Для отримання азотної кислоти використовують аміачний (промисловий), лабораторний та дуговий способи.

Аміачний спосіб полягає в окисленні аміаку NН₃, який розчиняючись у воді, утворює 60-62% кислоту. Для одержання концентрованої азотної кислоти отриманий продукт випаровують, або розчиняють діоксид азоту у воді під тиском і при температурі 60-80˚С, в присутності значного надлишку кисню.

Лабораторний спосіб полягає в обробці нітрату натрію концентрованою сірчаною кислотою при незначному нагріванні. Використовувався для промислового виготовлення азотної кислоти до розробки аміачного способу.

Другий спосіб полягає у пропусканні струменю повітря через електричну дугу, окислені утворюваного NO y NO₂ та утворенні HNO₃. Він не набув значного поширення через значні витрати електроенергії та високу вартість кислоти.

Азотну кислоту випускають таких марок : розбавлену з вмістом 45-60% HNO₃, концентрована з вмістом 97-98% HNO₃ ( "хч", "чда", "ч", "оч" ).