硫酸（H 2 SO 4）の化学式、性質、構造および用途



の 硫酸 （H2そう4） 液体の化学化合物で、油性および無色で、放熱しながら水に溶け、金属や組織を腐食させる。木や有機物と接触すると炭化しますが、火災を引き起こす可能性は低いです.

硫酸はおそらくすべての重工業用化学薬品の中で最も重要であり、その消費は国家経済の一般的状態の指標として何度も引用されてきました.

低濃度への長期ばく露または高濃度への短期間のばく露は健康に悪影響を及ぼすことがある。はるかに、硫酸の最も重要な用途はリン酸肥料業界です。.

その他の重要な用途は、石油精製、顔料製造、鋼酸洗い、非鉄金属抽出、および爆薬、洗剤、プラスチック、人工繊維および医薬品の製造にあります。.

索引

  • 1硫酸の前身であるビトリオール
  • 2式
  • 3化学構造
    • 3.1二次元で
    • 3.2 3Dで
  • 4つの特徴
    • 4.1物理的および化学的性質
    • 4.2空気と水との反応
    • 4.3可燃性
    • 4.4反応性
    • 4.5毒性 
  • 5つの用途
    • 5.1間接的
    • 5.2直接
  • 6硫酸産業の発展 
    • 6.1ビトリオール法
    • 6.2リードカメラ
  • 7現在の生産：コンタクトプロセス 
    • 7.1二重接触プロセス
  • 8硫酸製造に使用される原材料
    • 8.1黄鉄鉱
    • 8.2二酸化硫黄
    • 8.3リサイクル
  • 9臨床効果
  • 10セキュリティとリスク
    • 10.1 GHSの危険クラス
    • 10.2健全性審議会のコード
  • 11参考文献

ビトリオロ、硫酸の歴史

中世ヨーロッパでは、硫酸は錬金術師によってビトリオール、ビトリオールオイル、またはビトリオールリキュールとして知られていました。それは最も重要な化学物質と考えられており、そして哲学者の石として使用しようとしました.

Sumeriansはすでに数種類のvitriolのリストを持っていました。さらに、ギリシャ人医師のDioscoridesとPliny the ElderのGalenは彼らの医療用途を上げました。.

ヘレニズムの錬金術的研究では、すでに硝子体物質の冶金学的用途について述べています。ビトリオールはそこから硫酸を得ることができる一群のガラス質鉱物です。.

式

-式：H2そう4

-Cas番号：7664-93-9

化学構造

2Dで

3D

特徴

物理的および化学的性質

硫酸は強酸化性酸の反応性グループに属します.

空気と水との反応

- 酸度が80-90％を超えない限り、水との反応はごくわずかです、それから加水分解の熱は極度です、それは重度の火傷を引き起こす可能性があります.

可燃性

- 強酸性酸は一般に不燃性です。それらは燃焼箇所に酸素を供給することによって他の物質の燃焼を加速することができます.

- しかし、硫酸は反応性が高く、微粉化した可燃物と接触すると発火する可能性があります。.

- 加熱すると、非常に有毒なフュームを放出する.

- それは爆発性であるかまたは非常に多様な物質と相容れない.

- 高温高圧下で激しい化学変化を起こす可能性があります。.

- 水と激しく反応することがある.

反応性

- 硫酸は強酸性です.

- 五フッ化臭素と激しく反応する。.

- 80℃でパラニトロトルエンで爆発.

- 湿気を含む容器内で濃硫酸を結晶性過マンガン酸カリウムと混合すると爆発が起こる。 70℃で爆発する七酸化マンガンが形成される.

- アクリロニトリルと濃硫酸の混合物は十分に冷却したままにします。そうしないと、激しい発熱反応が起こります。.

- 密閉容器中で硫酸（９６％）を以下の物質のいずれかと等量ずつ混合することにより温度および圧力を上昇させる：アセトニトリル、アクロレイン、２−アミノエタノール、水酸化アンモニウム（２８％）、アニリン、ｎ−ブチルアルデヒド、クロロスルホン酸、エチレンジアミン、エチレンイミン、エピクロロヒドリン、エチレンシアノヒドリン、塩酸（36％）、フッ化水素酸（48.7％）、プロピオラクトン、プロピレンオキサイド、水酸化ナトリウム、スチレンモノマー.

- 硫酸（濃縮物）は、炭化物、臭素酸塩、塩素酸塩、劇物、ピクリン酸塩、および粉末金属と接触すると非常に危険です。.

- それは塩化アリルの激しい重合を誘発し、次亜塩素酸ナトリウムと発熱的に反応して塩素ガスを生成する。.

- クロロ硫酸と98％硫酸を混合してHClを得る.

 毒性 

- 硫酸はすべての体組織を腐食します。蒸気の吸入は重度の肺障害を引き起こす可能性があります。目に触れると、失明する可能性があります。皮膚との接触は重度の壊死を引き起こす可能性があります.

- 1小さじ1杯から0.5オンスの濃縮化学物質の間の量の硫酸の摂取は、成人にとって致命的です。酸が気管へのアクセスを取得する場合でも、数滴でも致命的になることがあります.

- 慢性的な曝露は気管気管支炎、口内炎、結膜炎および胃炎を引き起こす可能性があります。胃の穿孔および腹膜炎が起こることがあり、その後に循環性虚脱が起こることがあります。循環器系のショックはしばしば直接的な死因です.

- 慢性の呼吸器系、消化器系、神経系の病気、そして目や皮膚の病気を患っている人の方がリスクが高い.

用途

- 硫酸は世界で最も使用されている工業用化学物質の一つです。しかし、その用途のほとんどは間接的なものと考えることができ、成分としてではなく試薬として参加しています

- 硫酸の大部分は、他の化合物の製造に酸が費やされるか、またはある種の硫酸塩残留物として発生します。.

- 特定の数の製品には硫黄または硫酸が含まれていますが、それらのほとんどすべては少量の特殊製品です。.

- 2014年に生産された硫酸の約19％は、さまざまな化学プロセスで消費され、残りはさまざまな産業用および技術用アプリケーションで消費されました。.

- 世界的に硫酸の需要が伸びているのは、リン酸、二酸化チタン、フッ化水素酸、硫酸アンモニウムの製造、ならびにウランおよび冶金用途での生産の減少です。.

間接的

- 硫酸の最大の消費者は、はるかに肥料業界です。しかし、この割合は2019年までに約56％に減少すると予測されています。これは主に他の化学および工業用途の高成長の結果です。.

- リン酸肥料材料、特にリン酸の生産は硫酸の主な市場です。それはまた、三重過リン酸塩ならびに一リン酸および二リン酸二アンモニウムなどの肥料材料の製造にも使用される。少量は過リン酸塩と硫酸アンモニウムの製造に使われます.

- 他の工業用途では、ニトロ化、縮合および脱水のような反応を含む有機化学および石油化学プロセス、ならびに石油精製において、かなりの量の硫酸が酸脱水反応媒体として使用されている。 、粗蒸留物の精製、アルキル化、精製に使用される.

- 無機化学工業において、その使用はＴｉＯ 2、塩酸およびフッ化水素酸の顔料の製造において注目に値する。.

- 金属加工業界では、硫酸は、鋼の酸洗い、鉱物の湿式冶金加工における銅、ウラン、およびバナジウム鉱物の浸出、ならびに金属の精製およびめっきのための電解浴の調製に使用されている。非鉄.

- 製紙工業における木材パルプの製造、いくつかの織物の製造、化学繊維の製造および皮のなめしにおける特定の方法も硫酸を必要とする。.

直接

- 硫黄が最終製品に組み込まれる硫酸のおそらく最大の用途は、特に洗剤の製造のための有機スルホン化のプロセスです。.

- スルホン化はまた、他の有機化学物質や少量の医薬品の入手にも重要な役割を果たします。.

- 鉛蓄電池は、最もよく知られている硫酸含有消費者製品の1つであり、総硫酸消費量のごく一部にすぎません。.

- 米国西部の砂漠地帯で見られるような非常にアルカリ性の土壌の修復のために、硫酸は農業で直接使用されます。しかしながら、この使用は、使用される硫酸の総量に関してはあまり重要ではない。.

硫酸産業の発展 

ビトリオール法

硫酸を得るための最も古い方法は、いわゆる「ビトリオールプロセス」であり、これは様々なタイプの硫酸塩である天然由来のビトリオールの熱分解に基づいている。.

ペルシャの錬金術師、JābiribnHayyān（別名Geber、721 - 815 AD）、Razi（865 - 925 AD）、およびJamal Din al-Watwat（1318 AD）は、ミネラル分類リストにvitriolを含めました。.

"vitriol process"についての最初の言及はJabir ibn Hayyanの著述にあります。それから、錬金術師セントアルバート大王とBasilius Valentinusは、プロセスをより詳細に説明しました。ミョウバンとカルカンタイト（青ビトリオール）を原料として使用.

中世の終わりに、硫酸はガラス容器の中で少量得られました。そして、その中で湿気のある環境で硫黄はsaltpeterで燃やされました.

硫酸の需要が高まったため、16世紀から工業的規模でビトリオールプロセスが使用されました。.

ヴィトリオロ・デ・ノルトハウゼン

生産の焦点は、硫酸鉄（II）が使用されていたドイツのノルトハウゼン市（「ヴィルトオールオブノルトハウゼン」と呼ばれるようになった）に集中していました（緑色のビトリオール、FeSO）。4 - 7H2Ｏ）を原料として加熱し、得られた三酸化硫黄を水と混合して硫酸（ビトリオール油）を得た。.

このプロセスはガレーで行われ、そのうちのいくつかは大量のビトリオール油を得るために並行していくつかのレベルを有していた。.

リードカメラ

18世紀には、「鉛チャンバー法」として知られる硫酸製造のためのより経済的な方法が開発されました。.

それまでは、得られた酸の最大濃度は７８％であり、一方「ビトリオール法」では濃酸および発煙硫酸が得られたので、この方法は「製法」の出現まで業界のある分野で使用され続けた。 1870年に、 "より濃厚な酸をより安価に得ることができた.

発煙硫酸または発煙硫酸（ＣＡＳ：８０１４−９５−７）は、油状の粘稠度および暗褐色の、三酸化硫黄および硫酸の可変組成の溶液であり、これは式Ｈで表すことができる。2そう4.xSO3 （式中、ｘは硫黄酸化物（ＶＩ）の遊離モル含有量を表す）。 xが1の場合、実験式Hが得られます。2S2○7, これは二硫酸（またはピロ硫酸）に対応する.

プロセス

鉛チャンバーのプロセスは、「接触プロセス」に取って代わられる前に、硫酸を大量に生産するために使用される工業的方法でした。.

イギリスのバーミンガムで1746年に、ジョンローバックは以前に使用されていたガラス容器より強くそしてより安価でありそしてずっと大きくすることができる鉛で覆われたチャンバーで硫酸を生産し始めました。.

二酸化硫黄（元素状硫黄または黄鉄鉱のような硫黄を含有する金属鉱物の燃焼から）を鉛シートで裏打ちされた大きな室に蒸気および窒素酸化物と共に導入した。.

二酸化硫黄と二酸化窒素は溶解し、そして約３０分の間に二酸化硫黄は硫酸に酸化された。.

これは硫酸製造の効果的な工業化を可能にし、そして種々の改良を伴って、このプロセスはほぼ２世紀にわたり標準的な製造方法のままであった。.

1793年、Clemente y Desormesはリードチャンバープロセスに補助空気を導入することでより良い結果を達成しました.

1827年、Gay-Lussacは鉛室からの排ガスから窒素酸化物を吸収する方法を導入しました。.

1859年、グラバーは高温ガスとの同伴によって、新しく形成された酸から窒素酸化物を回収する方法を開発しました。これは窒素酸化物でプロセスを連続的に触媒することを可能にしました。.

1923年に、Petersenは1950年代まで連絡手順に関する競争力を可能にする改良されたタワープロセスを導入しました.

チャンバープロセスは非常に堅牢になったため、1946年には世界の硫酸の25％を占めていました。.

現在の生産：コンタクトプロセス 

接触法は、現代の工業的方法に必要な、高濃度の硫酸の現在の製造方法である。白金はこの反応のための触媒であった。しかしながら、五酸化バナジウム（Ｖ ２ Ｏ ５）が現在好ましい。.

1831年、イギリスのブリストルで、Peregrine Phillipsは、白金触媒を使用して高温で二酸化硫黄を三酸化硫黄に酸化することを特許取得しました。.

しかしながら、彼の発明の採用、および接触プロセスの集中的な開発は、染料製造のための発煙硫酸の需要が約1872年以降増加した後に始まった。.

次に、より良い固体触媒を探索し、SO 2 / SO 3平衡の化学と熱力学を調べた。.

連絡プロセスは、5つの段階に分けられます。

  1. 二酸化硫黄を形成するための硫黄と二酸素（O 2）の組み合わせ.
  2. 精製装置での二酸化硫黄の精製.
  3. 五酸化バナジウム触媒の存在下、４５０℃の温度および１〜２気圧の圧力で、二酸化硫黄に過剰の二酸素を添加する。.
  4. 形成された三酸化硫黄が硫酸に加えられて発煙硫酸（二硫酸）を生じる。.
  5. 発煙硫酸を次に水に加えて硫酸を形成し、これは非常に濃厚である。.

（鉛チャンバーの工程中の）窒素酸化物の工程の基本的な不利点は、得られる硫酸の濃度が最大７０〜７５％に制限される一方で、接触工程が濃酸を生成することである（９８）。 ％）.

接触法用の比較的安価なバナジウム触媒の開発と共に、濃硫酸に対する需要の増加と共に、窒素酸化物処理プラントにおける硫酸の世界的生産量は着実に減少した。.

1980年までに、西ヨーロッパと北米の窒素酸化物処理プラントでは酸はほとんど生産されていませんでした。.

二重接触プロセス

二重接触二重吸収法（ＤＣＤＡまたは二重接触二重吸収）は硫酸の製造のための接触法に改良をもたらした。.

1960年、バイエルはいわゆるダブル触媒プロセスの特許を申請しました。このプロセスを使用した最初の工場は、1964年に立ち上げられました.

SO吸収ステージを組み込んで3 最終触媒段階の前に予備的に、改良された接触方法はＳＯ転化率の有意な増加を可能にした。2 , 大気への排出量を大幅に削減.

ガスは最終吸収塔を通過して戻され、高いSO変換効率だけでなく2 SOへ3 （約99.8％）、さらに高濃度の硫酸の製造も可能.

この過程と通常の接触過程の本質的な違いは、吸収の段階の数にあります。.

1970年代から、主要工業国は環境保護のためのより厳しい規制を導入し、二重吸収のプロセスは新工場で一般化されました。しかし、従来の接触プロセスは、環境基準がそれほど厳しくない多くの途上国で引き続き使用されています。.

接触プロセスの現在の開発にとって最大の推進力は、プロセスで生成された大量のエネルギーの回収率と利用率を高めることに集中しています.

実際、大規模で近代的な硫酸プラントは、化学プラントとしてだけでなく、火力発電所としても見ることができます。.

硫酸製造に使用される原料

黄鉄鉱

黄鉄鉱は、石油精製プロセスと天然ガスの精製から大量の元素状硫黄が回収され始め、20世紀半ばまで硫酸の生産における主要な原料となっていました。業界プレミアム.

二酸化硫黄

現在、二酸化硫黄はいくつかの原料から、さまざまな方法で得られています.

米国では、業界は「Fraschプロセス」によって地下堆積物から元素硫黄を得ることに20世紀初頭から基づいていました.

中程度の濃度の硫酸は、他の工業プロセスの副産物として得られる大量の硫酸の再濃縮および精製によっても製造されます。.

リサイクル済み

この酸のリサイクルは、特に主要先進国において、環境の観点からますます重要になっています.

元素状硫黄および黄鉄鉱に基づく硫酸の製造は、もちろん、これらの材料から製造された酸が主要製品を表すので、市場の状況に比較的敏感である。.

一方、硫酸が副産物であり、他のプロセスから廃棄物を排除する手段として製造される場合、その生産レベルは硫酸市場の状況によって決まるのではなく、主な商品.

臨床効果

-硫酸は、産業界や浴室用洗剤などの一部の家庭用洗浄剤に使用されています。電池にも使われる.

-特に高濃度の製品を意図的に摂取すると、重傷を負ったり死亡する可能性があります。これらの摂取ばく露は米国ではまれですが、世界の他の地域では一般的です。.

-それは、組織の損傷とタンパク質の凝固を引き起こす強酸です。皮膚、目、鼻、粘膜、気道、消化管、またはこれらと接触するあらゆる組織を腐食する。.

-傷害の重症度は、接触の集中度と期間によって決まります.

-軽度の暴露（濃度10％未満）は、皮膚、上気道、および消化管粘膜の刺激を引き起こすだけです.

-急性吸入暴露による呼吸器への影響には、鼻やのどへの刺激、咳、くしゃみ、反射性気管支痙攣、呼吸困難、肺水腫が含まれます。突然の循環性虚脱、声門浮腫および気道障害、または急性肺損傷が原因で死亡する可能性がある.

-硫酸の摂取は、「挽いたコーヒー」のムコイドまたは出血性材料の側面をすぐに心窩部痛、吐き気、流涎、嘔吐を引き起こす可能性があります。時折見られる新鮮な血液を嘔吐.

-濃硫酸の摂取は、食道の腐食、食道または胃、特に幽門の壊死および穿孔を引き起こす可能性があります。時折、小腸への傷害が見られます。その後の合併症は、狭窄および瘻孔形成を含み得る。代謝性アシドーシスは摂取後に発症する可能性があります.

-重度の皮膚火傷は、壊死および瘢痕化を伴って起こり得る。体表面積の十分に広い範囲が影響を受ける場合、これらは致命的になる可能性があります。.

-目は腐食傷害に特に敏感です。低濃度の硫酸でも、刺激、涙、結膜炎が起こることがあります。高濃度の硫酸ではねると、角膜のやけど、視力の低下、およびバルーンの穿孔を引き起こすことがあります。.

-慢性暴露は、肺機能の変化、慢性気管支炎、結膜炎、肺気腫、頻繁な呼吸器感染症、胃炎、歯のエナメル質の侵食、およびおそらく呼吸器癌と関連付けられてもよいです.

セキュリティとリスク

化学物質の分類と表示のための世界的に調和したシステム（SGA）の危険ステートメント

化学物質の分類と表示のための世界的に統一されたシステム（SGA）は、国際的に合意されたシステムです。ユナイテッド、2015）.

（;国連、2015;欧州化学物質庁、2017 PubChem、2017）は次のようにハザードクラス（およびGHSのそれに対応する章）分類基準とラベリング、および硫酸のための推奨事項は、次のとおりです。 

GHSの危険クラス

H303：飲み込むと有害のおそれ[警告、経口毒性 - カテゴリー5]（PubChem、2017）.

H314：重篤な皮膚の薬傷・眼の傷害を引き起こす[危険腐食性/刺激性 - 区分1A、B、C]（PubChem、2017）.

H318：重大な眼の損傷を引き起こす[危険深刻な眼の損傷/眼の刺激 - カテゴリー1]（PubChem、2017）.

H330：吸入による致命的[危険急性毒性、吸入 - カテゴリー1、2]（PubChem、2017）.

H370：臓器の障害を引き起こす[危険特定標的臓器毒性、単回暴露 - カテゴリー1]（PubChem、2017）.

H372：長期にわたる、または反復暴露による臓器の障害[危険特定標的臓器毒性、反復暴露 - カテゴリー1]（PubChem、2017）.

H402：水生生物に有害[水生環境に危険、急性有害性 - カテゴリー3]（PubChem、2017）.

健全性審議会のコード

P260、P264、P270、P271、P273、P280、P284、P301 + P330 + P331、P303 + P361 + P353、P304 + P340、P305 + P351 + P338、P307 + P311、P310、P312、P314、P320、P321、 P363、P403 + P233、P405、P501および（PubChem、2017）.

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