11.1. Основні властивості та застосування сульфатної кислоти

Безводна H₂SO₄ (моногідрат) – важка, оливна рідина з густиною 1,8305 г/см³ (при 20 °С), кипить при 279,6 °С і тиску 760 мм рт. ст., кристалізується при 10,37 °С. При нагріванні вище 200 °С безводна H₂SO₄ частково розкладається за схемою

H₂SO₄   SO₃ + H₂O (а)

утворюючи азеотропну суміш, яка містить 98,3 % H₂SO4 і 1,7 % Н₂О і має температуру кипіння 338,8 °С. Сульфатна кислота змішується з Н₂О у будь-яких співвідношеннях, утворюючи гідрати (H₂SO₄ ∙ Н₂О; H₂SO₄ ∙ 2Н₂О; H₂SO₄ ∙ 4Н₂О) з виділенням великої кількості теплоти (937,84 кДж/кг H₂SO₄). З SО₃ сульфатна кислота утворює дві сполуки: H₂SO₄ ∙ SO₃ і H₂SO₄ ∙ 2SO₃. Розчин SO₃ в H₂SO₄ від 18 до 65 % називають олеумом.

Сульфатна кислота надзвичайно активна, вона дуже добре змішується з водою, відбираючи її навіть від хімічних сполук. Рослинні і тваринні тканини, що містять у своєму складі вуглеводи (целюлозу, крохмаль, цукор), обвуглюються концентрованою H₂SO₄, яка є сильним окисником. У розбавленій H₂SO₄ целюлоза і крохмаль гідролізує до цукрів. На шкірі людини H₂SO₄ залишає тяжкі опіки.

Переважна більшість H₂SO₄ витрачається на виробництво мінеральних добрив. Майже всі інші кислоти і багато солей виробляються за участю H₂SO₄; її широко використовують у виробництві кольорових і рідкісних металів; у металообробній промисловості H₂SO₄ та її солі застосовують для протрави металевих виробів перед їх лудінням, нікелюванням, хромуванням або цинкуванням. Значну кількість H₂SO₄ використовують для очищення нафтопродуктів, у виробництві барв­ників, лаків, ліків, спиртів, ефірів, синтетичних миючих засобів, отрутохімікатів, вибухових речовин, пластичних мас та ін. Її застосовують у текстильній промисловості для протрави тканин, для сульфування органічних сполук, у промисловості органічного синтезу, для виробництва йонообмінників, штучного волокна. Сульфатну кислоту застосовують у харчовій промисловості для виробництва крохмалю, патоки та інших продуктів, а також для сушіння газів, при концентруванні різних кислот.

Виробництво H₂SO₄ у світі весь час зростає. Відповідно до державних стандартів виробляється три сорти H₂SO₄: технічна, акумуляторна і реактивна. Технічна кислота завдяки домішкам має темний колір.

До акумуляторної кислоти ставляться високі вимоги відносно її чистоти. Нормуються вміст Mn, Fe, As, оксидів азоту, важких металів, нелеткого залишку та ін. Акумуляторну кислоту виробляють контактним методом, вона містить 92‑94 % H₂SO₄.

Реактивну H₂SO₄ виготовляють трьох марок: хімічно чисту (х. ч.), чисту для аналізу (ч. д. а.) і чисту (ч.). Як правило, її добувають у кварцовій або платиновій апаратурі контактним способом, вона містить 92‑94 % H₂SO₄.

Відкриття H₂SO₄ можна віднести до X ст. Ще в XIII ст. H₂SO₄ добували прожарюванням залізного купоросу, завдяки чому і тепер один із сортів H₂SO₄ називається купоросною оливою. Понад 200 років H₂SO₄ добували нітрозним способом і більш як 100 років контактним способом.

З кінця XIX ст. набув поширення контактний спосіб виробництва H₂SO₄ який полягає у тому, що окиснення SO₂ до SO₃ відбувається на поверхні твердого каталізатора. Контактний спосіб дав можливість добувати олеум і більш чисту H₂SO₄. Важливим кроком у розвитку контактного способу була заміна дорогого платинового каталізатора ванадієвим, що дало великий економічний ефект і спростило технологію виробництва H₂SO₄.

Виробництво H₂SO₄ контактним методом має три стадії:

• очищення газової суміші від домішок-отрут каталізатора;

• окиснення SO₂  до SO₃ на поверхні твердого каталізатора;

• поглинання SO₃ концентрованою H₂SO₄.