Kyselina sírová

Šablona:Infobox chemická sloučenina Kyselina sírová (sumární vzorec H₂SO₄) je silná dvojsytná minerální kyselina. Patří mezi nejdůležitější a nejvíce vyráběné chemikálie na světě a často se jí přezdívá "krev průmyslu". Je to bezbarvá olejovitá kapalina, která je neomezeně mísitelná s vodou. Její soli se nazývají sírany. Zastaralý název pro kyselinu sírovou je vitriol, tento název je odvozen od triviálního názvu minerálu zelené skalice (heptahydrát síranu železnatého), ze které byla historicky připravována.

Vlastnosti

Fyzikální vlastnosti

Čistá kyselina sírová je bezbarvá, viskózní kapalina s vysokou hustotou (přibližně 1,83 g/cm³). Její teplota tání je 10,36 °C a teplota varu kolem 337 °C, při které se však začíná rozkládat na oxid sírový a vodu. Je neomezeně mísitelná s vodou, přičemž dochází k velmi silné exotermní reakci (uvolňování tepla). Z bezpečnostních důvodů je proto nutné vždy lít kyselinu do vody, nikdy naopak, aby nedošlo k nebezpečnému prskání a varu. Koncentrovaná kyselina sírová je silně hygroskopická, což znamená, že pohlcuje vzdušnou vlhkost.

Chemické vlastnosti

Kyselina sírová je velmi silná kyselina. V závislosti na své koncentraci vykazuje různé chemické vlastnosti.

• Zředěná kyselina sírová se chová jako typická silná kyselina. Reaguje s neušlechtilými kovy (např. zinek, železo, hliník) za vzniku síranu daného kovu a uvolnění plynného vodíku.

$\mathrm{Z}\mathrm{n}+{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\to \mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}+{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}$ Dále reaguje s hydroxidy, oxidy a uhličitany za vzniku příslušných síranů a vody (neutralizace).

• Koncentrovaná kyselina sírová (obvykle 96–98%) má navíc silné oxidační a dehydratační účinky.

   *   Oxidační účinky: Koncentrovaná a horká kyselina sírová je schopna oxidovat i některé méně reaktivní kovy jako měď, stříbro nebo rtuť, přičemž se neredukuje na vodík, ale na oxid siřičitý.
   $\mathrm{C}\mathrm{u}+2{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\to \mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}+\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}+2{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$
   Některé kovy, jako železo a olovo, jsou koncentrovanou kyselinou sírovou pasivovány, což znamená,tvoří na svém povrchu ochrannou vrstvu, která brání další reakci.
   *   Dehydratační účinky: Díky své silné afinitě k vodě je schopna odnímat vodu z mnoha organických sloučenin. Například působením na cukr (sacharózu) jej dehydratuje za vzniku uhlíku. Podobně působí i na papír, dřevo nebo tkaniny, které uhelnatí.

Výroba

V současnosti se drtivá většina kyseliny sírové vyrábí kontaktním způsobem, který má tři hlavní fáze.

1. Výroba oxidu siřičitého (SO₂): Nejčastěji spalováním elementární síry na vzduchu.

   $\mathrm{S}+{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\to \mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

   Alternativně se SO₂ získává pražením sulfidických rud, jako je pyrit (FeS₂).

2. Katalytická oxidace oxidu siřičitého na oxid sírový (SO₃): Oxid siřičitý reaguje s kyslíkem za vysoké teploty (cca 450 °C) a přítomnosti katalyzátoru, kterým je nejčastěji oxid vanadičný (V₂O₅). Tato reakce je vratná a exotermní.

   $2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}+{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\rightleftharpoons 2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$

3. Absorpce oxidu sírového: Oxid sírový se nevede přímo do vody, protože reakce je příliš bouřlivá a vytváří těžko zpracovatelný aerosol kyseliny sírové. Místo toho se plyn absorbuje v koncentrované kyselině sírové (98%), čímž vzniká meziprodukt zvaný oleum (také dýmavá kyselina sírová), což je v podstatě roztok SO₃ v H₂SO₄.

   ${\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}+\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\to {\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{S}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{7}}$ (kyselina disírová, hlavní složka olea)

Následným opatrným ředěním olea vodou se získá kyselina sírová o požadované koncentraci.

${\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{S}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{7}}+{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\to 2{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}$

Historicky se kyselina sírová vyráběla tzv. komorovým procesem (za použití olověných komor) nebo tepelným rozkladem síranů.

Použití

Kyselina sírová je jednou z nejuniverzálnějších a nejvyužívanějších chemikálií. Její hlavní aplikace zahrnují:

• Výroba hnojiv: Toto je největší oblast spotřeby. Používá se k výrobě fosforečných hnojiv, jako je superfosfát, a síranu amonného.
• Chemický průmysl: Slouží jako surovina pro výrobu mnoha dalších chemikálií, včetně jiných kyselin (kyselina chlorovodíková, kyselina dusičná, kyselina fosforečná), síranů, detergentů, barviv a pigmentů.
• Zpracování ropy: Používá se k rafinaci ropných produktů, například k odstraňování nečistot z benzínu a petroleje.
• Metalurgie: Využívá se při zpracování rud a k moření a čištění povrchů kovů před jejich dalším zpracováním (např. galvanické pokovování).
• Výroba výbušnin: Je klíčová při výrobě nitroglycerinu a TNT.
• Olověné akumulátory: Zředěná kyselina sírová (cca 30%) slouží jako elektrolyt v automobilových bateriích.
• Ostatní použití: Dále se používá v papírenském a textilním průmyslu, při výrobě plastů a syntetických vláken, jako dehydratační činidlo v laboratořích a při úpravě pH vody.

Přirozený výskyt

Kyselina sírová se v přírodě vyskytuje v malých množstvích. Je hlavní složkou kyselých dešťů, které vznikají, když se oxid siřičitý a oxid sírový, uvolněné do atmosféry (především spalováním fosilních paliv a sopečnou činností), rozpouštějí ve vodních kapkách. Kapičky aerosolu kyseliny sírové se nacházejí ve stratosféře. Atmosféra planety Venuše je z velké části tvořena mraky kyseliny sírové.

Bezpečnost

Kyselina sírová je vysoce žíravá látka. Koncentrovaná kyselina způsobuje vážné poleptání kůže a očí, které je doprovázeno dehydratací tkáně. Při požití způsobuje těžké poškození trávicího traktu. Vdechování par nebo aerosolu může způsobit podráždění dýchacích cest a ve vyšších koncentracích i smrtelný edém plic.

Při manipulaci je nutné používat odpovídající osobní ochranné pracovní prostředky, jako jsou ochranné brýle nebo obličejový štít, chemicky odolné rukavice a ochranný oděv. Práce by měla probíhat v dobře větraných prostorách. Vždy je nutné pamatovat na pravidlo ředění: kyselinu lít do vody, nikdy naopak.

Související články

• Síran
• Oxid sírový
• Oxid siřičitý
• Oleum
• Kyselý déšť
• Kontaktní proces