حمض الكبريتيك

حمض الكبريتيك أو حمض الكبريت أو الحمض الكبريتي H₂SO₄ هو حمض معدنى قوي. يذوب في الماء بجميع التراكيز. وهو من أوائل الأحماض التي تم التعرف عليها , حيث عرفه العرب منذ القرن الثامن الميلادي , وعرفته أوربا في القرنين الرابع والخامس عشر. اطلق عليه أيضاً بزيت الزاج من قبل كيميائي القرن الثامن جابر بن حيان
[عدل] الخواص الفيزيائية


[عدل] أشكال حمض الكبريتيك


بالرغم من إمكانية تحضير حمض الكبريتيك بتركيز 100% إلا أنه يفقد SO₃ عند درجة الغليان ويعطي حمض تركيزه 98.3% ينحل في الماء ناشرا كمية كبيرة من الحرارة نتيجة للتميه لذلك ينصح بالحذر عند تمديد الحمض وذلك بصب الحمض فوق الماء وليس العكس لأنه شره جدا للماء لذلك يستعمل في تجفيف الغازات الرطبة كما يخرب المواد العضوية والخلايا الحية لسحبه الماء منها. أطلق جابر بن حيان على هذا الحمض قديماً زيت الزاج (Oil of Vitroil) بسبب تحضيره من تسخين وتقطير الزاج الأخضر (كبريتات الحديدوز المائية)، والكبريتات الأخرى المشابهة له. حمض الكبريتيك سائل عديم اللون.بالنسبة لحمض الكبريت المركز فهو موصل للتيار الكهربائي
[عدل] الخواص الكيميائية


تختلف الخواص الكيميائية لحمض الكبريت حسب التركيز. فحمض الكبريت الممدد يتفاعل مباشرة مع المعادن الواقعة قبل الهيدروجين في الجدول الدوري معطيا كبريتات المعدن و محررا الهيدروجين أما المعادن التي تقع بعد الهيدروجين مثل النحاس والفضة فلا يتفاعل معها إلا بوجود مؤكسد قوي مثل حمض الآزوت ولا يتفاعل أبدا مع الذهب والبلاتين. أما حمض الكبريت المركز فيتفاعل مع جميع المعادن الواقعة قبل وبعد الهيدروجين في الجدول الدوري معطيا كبريتات المعدن وثنائي أكسيد الكبريت والماء. كما يتفاعل ايضا مع اللامعادن معطيا ثنائي أكسيد الكبريت وأكسيد اللامعدن والماء. يعود السبب في ذلك أن حمض الكبريت المركز والساخن له خواص مؤكسدة حيث يتلقى الإلكترونات من العنصر المختزل (المرجع) في تفاعل أكسدة-إرجاع على الشكل:^[1]


2H₂SO₄ + 2e⁻ → SO₄²⁻ + 2 H₂ O + SO₂

[عدل] التفاعلات



التأين

H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄^2-


التفاعل مع القواعد والقلويات


H₂SO₄ +2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O
H₂SO₄ + NaOH → NaHSO4 + H₂O


التفاعل مع الأملاح


H₂SO₄ +2NaCl → Na₂SO₄ + 2HCl
H₂SO₄ +2NaNO₃ → Na₂SO₄ + 2HNO₃
H₂SO₄ + CaF₂ → 2 HF + CaSO₄
H₂SO₄ + 2 NaI → 2 HI + Na₂SO₄


كعامل مؤكسد

Cu + 2 H₂SO₄ → CuSO₄ + SO₂ + 2 H₂O

ويؤكسد الحمض أيضاً كثيراً من اللافلزات كالكربون والكبريت .


C + 2H₂SO₄ → CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O
S + 2H₂SO₄ → 3SO₂ + 2H₂O


التفاعل مع المركبات العضوية العطرية
يتفاعل حمض الكبريتيك المركز مع الكثير من المركبات العضوية العطرية حيث تستبدل ذرة من ذرات الهيدروجين بها بمجموعة حمض السلفونيك , ولهذا التفاعل أهمية كبيرة في تحضير الكثير من المركبات كالفينول والسكارين , فيتفاعل مثلاً مع البنزين مكوناً حمض البنزين سلفونيك .




[عدل] التحضير


تعتمد عملية تحضير حمض الكبريت على الكبريت و على الكبريتات التي توضع كمواد اولية . كما تحتاج ايضا الى النقاوة العالية نتيجة النشاط الكميائي الشديد للحامض . يمكن أن يحضير حمض الكبريت إما مخبرياً أو على النطاق الصناعي.
تشمل الطرق التجارية طريقتين وهي طريقة غرف الرصاص وطريقة التماس.
[عدل] طريقة غرف الرصاص


وهي طريقة سهلة قليلة التكلفة تعتمد على تفاعل ثاني اكسيد الكبريت مع الماء في وجود أحادي أكسيد النتروجين ثم اكسدة هذا الاخير ليعطي ثاني اكسيد النتروجين و يعاد ايضا لبرج التفاعل مرة اخرى ليتفاعل مع الماء و ثاني اكسيد الكبريت للحصول على حمض الكبريت.


SO₂ + H₂O + NO₂ → H₂SO₄ + NO
2NO + O₂ → 2NO₂

[عدل] طريقة التماس


اكتشفت هذه الطريقة عام 1831 و هي الاكثر انتشارا حاليا و بتكلفة قليلة .و هي الاحسن مقارنة مع الاولى لان حمض الكبريت المتحصل عليه يكون نقيا . تشمل هذه الطريقة عدة مراحل هي كالتالي : 1) يصهر الكبريت و يرشح و ذلك من اجل فصل الاجزاءغير المنصهرة ثم يضخ الى وحدة خاصة بحرق الكبريت للحصول على so2( ثاني اكسيد الكبريت)ليمرر على سخان ثم الى مرشح الغاز لتنقيته من الشوائب ثم ينقل الى برج التحويل لاكسدته مع معدن مثل البلاتين للحصول على ثالث اكسيد الكبريت ثم يمتص هذا الغاز بواسطة الماء وفق المعادلة التالية :

SO₃ + H₂O ⇌ H₂SO₄

2) يؤخذ هذا المحلول الى وسط برج الاوليوم و يؤخذ الجزء من الناتج من اسفل البرج الى مبرد الاوليوم ليصعد جزء منه مرة اخرى الى اعلى البرج و بالتالي نتحصل على حمض الكبريت الذي يتجه مباشرة الى الخزانات . بالنسبة الى الحامض الناتج فيختلف تركيزها و ذلك حسب درجة تبخرها .
[عدل] استخدامات حمض الكبريتيك


حمض الكبريتيك شديد الأهمية، لدرجة أنه يقاس تقدم الأمم بحجم إنتاجها لحمض الكبريتيك ويعطي مؤشراً جيداً^[2]. الاستخدام الرئيسي(60% من العالم كله) لحمض الكبريتيك يكون في "الطريقة المبتلة" لإنتاج حمض الفوسفوريك، الذي يستخدم في صناعة الأسمدة الفوسفاتية، وكذالك فوسفات ثلاثي الصوديوم المستخدم في صناعة المنظفات. لحمض الكبريتيك استخدامات عديدة فهو يدخل بشكل ما في معظم المواد المصنوعة تقريباً ويعتبر مستوى انتاجه دليلاً على القدرة الصناعية لأي بلد وتعود وفرة استخدامه الى رخصه وتنوع تأثيره الكيميائي .
يمكن تلخيص استخدامات حمض الكبريت كما يلي:

• كمادة مؤكسدة و نازعة للماء
  
• انتاج الاسمدة الكيمائية
  
• صناعة الصابون و المطاط
  
• انتاج الاصباغ و الكحولات و البلاستيك
  
• صناعة الحديد و النحاس و المنظفات
  
• صناعة بطاريات السيارة
  

[عدل] الجوانب البيئية


يعتبر حمض الكبريتيك من مكونات الأمطار الحمضية، حيث يتكون من من أكسدة الأكسجين الجوي لثاني أكسيد الكبريت في وجود الماء. (أكسدة حمض الكبريتوز). ثاني أكسيد الكبريت هو الناتج الأساسي لعمليات حرق الكبريت أو أحد أنواع الوقود الذي يحتوي على الكبريت مثل الفحم والزيت.
الامطار الحمضية التي تنجم من حمض الكبريت تؤدي الى تلف المحاصيل الزراعية امابالنسبة للانسان فان الجرعة القاتلة من حمض الكبريت تبلغ من 4-5 سنتمتر مكعب تؤدي الى الوفاة بعد 12-48ساعة من التعاطي بسبب الصدمة العصبية و الدموية الناجمة عن الالم المحرق او الجفاف نتيجة القيء المتكرر وقد يؤدي الى التشوه في جسم الانسان