Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №18/2006

О ЧЕМ НЕ ПИШУТ В УЧЕБНИКАХ

Серная кислота

Для чего нужна серная кислота?

Не очень часто нам приходится иметь дело непосредственно с серной кислотой. Может показаться, что не так уж она нам и нужна. А между тем трудно найти другой продукт, который был бы так важен, как серная кислота.

Посмотрим повнимательнее вокруг. Предмет первой необходимости для нас – растительная пища: хлеб, овощи, крупа и т.п. Удовлетворить эту насущную потребность можно при хорошем урожае. Получить же такой урожай возможно при помощи минеральных удобрений. На их изготовление тратится около половины всей серной кислоты, получаемой на химических заводах. Без нее мы не могли бы получать питательные вещества в достаточной мере.

Наша одежда, белье сделаны из хлопчатобумажной, шерстяной или льняной ткани. Хлопок, лен, идущие на изготовление соответствующей ткани, тоже нуждаются в удобрениях, получаемых при помощи серной кислоты.

Кроме того, ткань требует после выхода с ткацкой машины последующей обработки – аппретуры, только тогда она получает свой настоящий вид. Аппретурная обработка производится особой массой, состоящей из сульфатов алюминия и бария, получаемых при помощи серной кислоты.

Чтобы окрасить шерстяную или хлопчатобумажную ткань, требуется протравливание, т.е. пропитка ткани такими солями, главным образом сульфатами, которые прочно соединяются как с самой тканью, так и с красителями, благодаря чему окрашенная ткань не линяет при стирке. Эти соли без серной кислоты изготовить, конечно, невозможно. Сами красители тоже не могут быть изготовлены без серной кислоты.

Мы носим кожаную обувь. Для получения ее из сырых шкур требуется освобождение их от волоса, смягчение, дубление, окраска. Все эти операции не могут обойтись без серной кислоты и ряда ее солей, например квасцов, изготовляемых при ее помощи.

Современное человеческое общество никоим образом без серной кислоты обойтись не может. Оказывается, помыться, быть чистым тоже нельзя без косвенного участия серной кислоты. Мы моемся мылом, стирка белья без мыла или стирального порошка невозможна. Мыло и порошки готовят из соды и жирных кислот. Чтобы получить жирные кислоты из жиров и очистить их, нужна серная кислота.

Вы читаете книгу, напечатанную на проклеенной бумаге, пишете на такой бумаге. Проклейка бумаги производится при помощи сульфата алюминия, т.е. опять при участии серной кислоты. Чернила готовили при помощи железного купороса, получаемого обработкой серной кислоты железом. Значит, и распространение культуры немыслимо без применения серной кислоты.

Ни один двигатель, ни одна машина, ни один станок не может работать без смазочных масел, керосина и других продуктов, получаемых из нефти, очистка которой производится при помощи серной кислоты. Значит, работа наших фабрик, заводов, движение поездов, пароходов, полет самолетов находятся в зависимости от нее.

Лужение, никелирование, серебрение, меднение проводятся при помощи сульфатов. Очистка некоторых металлов (серебра, меди и др.) проходит также при участии серной кислоты.

Для производства кислот, например уксусной, солей, неорганических и органических красок требуется серная кислота. Фармацевтическая отрасль промышленности, производство искусственного волокна не могут обойтись без серной кислоты. Взрывчатые вещества готовятся при участии концентрированной серной кислоты.

Некоторые области применения серной кислоты
Некоторые области применения серной кислоты

Легко убедиться, что области применения серной кислоты очень обширны. Однако некоторые позиции у серной кислоты отвоеваны. Долгое время соду получали из сульфата натрия Na2SO4 – продукта, получаемого одновременно с соляной кислотой при действии серной кислоты на поваренную соль. К концу XIX в. осуществлен другой, более выгодный, так называемый аммиачный метод получения соды:

NаCl + СО2 + NH3 + Н2О = NаНСО3 + NH4Cl.

После этого содовое производство перестало зависеть от производства серной кислоты.

Другая независимая от серной кислоты важная крупная отрасль, возникшая в начале XX в. и колоссально разросшаяся в настоящее время, – производство аммиака и азотной кислоты из воздуха. До того времени азотную кислоту получали из чилийской селитры с помощью серной кислоты:

NaNO3 + H2SO4 = NaHSO4 + HNO3.

Азотная кислота частично заменила серную в производстве фосфорных удобрений. Распространены методы очистки органических продуктов, не требующие серной кислоты.

Таким образом, крупные отрасли химической отрасли промышленности – содовая и азотная – вышли полностью из-под власти серной кислоты, но в других областях серная кислота продолжает в настоящее время господствовать, поэтому огромное ее значение для всей нашей промышленности является несомненным.

История производства серной кислоты

Серную кислоту получают уже более 1000 лет. Вначале ее получали алхимики из «зеленого камня» (железный купорос) или квасцов путем сильного нагревания (прокаливания). Так, например, из железного купороса получали тяжелую маслянистую жидкость – купоросное масло:

2[FeSO4•7Н2O] = Fe2O3 + Н2SO4 + SO2 + 13Н2O.

Первое упоминание о кислых газах, получаемых при прокаливании квасцов или купороса, встречается в сочинениях, приписываемых арабскому алхимику Джафар аль-Суфи (Гебер), жившему в VIII в. Некоторые ученые приписывают честь открытия серной кислоты персидскому алхимику Абубекеру аль-Рази, жившему в Х в. Более определенно говорит о серной кислоте алхимик Альберт Великий.

В XV в. алхимики открыли, что серную кислоту можно получить, сжигая смесь серы и селитры. Этим способом ее и получали более 300 лет, но небольшими количествами в ретортах – стеклянных колбах. И только в середине XVIII в., когда обнаружили, что свинец является материалом весьма стойким против серной кислоты, стали постепенно переходить от стеклянной лабораторной аппаратуры к большим свинцовым коробкам или камерам. В них сжигалась смесь серы и селитры. Образовавшийся оксид серы(VI) SO3 здесь же поглощался водой или раствором кислоты, налитой в камеры. Процесс приходилось прерывать для загрузки камер.

Производство серной кислоты получило быстрое развитие в начале XIX в. Этот рост был вызван развитием производства соды и других продуктов, для которых была необходима серная кислота. В это время химики Н.Клеман и Ш.Б.Дезорм выяснили сущность процесса. Они показали, что оксиды азота играют роль передатчиков кислорода воздуха диоксиду серы, и предложили питать камеры непрерывным током сернистого газа SO2, для чего стали сжигать серу в отдельных печах. Вместо селитры употребляли азотную кислоту. Кроме того, в камеры вводили водяной пар. Производство стало непрерывным, однако кислота обходилась дорого до тех пор, пока единственным сырьем для него была сера, а расход азотной кислоты был велик, т.к. оксиды азота безвозвратно терялись с отходящими газами.

Установка для получения серной кислоты сжиганием серы в присутствии селитры, XVIII в.: 1 – печь, разогреваемая углями; 2 – стеклянный сосуд, где образующиеся газы взаимодействуют с парами воды; 3 – колбы, в которые собирают олеум

Установка для получения серной кислоты
сжиганием серы в присутствии селитры, XVIII в.:
1 – печь, разогреваемая углями; 2 – стеклянный сосуд,
где образующиеся газы взаимодействуют с парами воды;
3 – колбы, в которые собирают олеум

Дальнейшие работы химиков устранили эти недостатки. Ж.Л.Гей-Люссак предложил улавливать оксиды азота при помощи серной кислоты, стекающей в установленную после камер башню навстречу отходящим газам.

Получающуюся в башнях кислоту называют нитрозой. Английский технолог Дж.Гловер предложил выделять оксиды азота из нитрозы в башне, в которой навстречу кислоте проходят газы обжига. Эту башню ставят перед камерами. Оксиды азота поступают в камеры, и таким образом совершается их круговорот.

Еще в XV–XVI вв. извлекать серу умели из пирита FeS2 – более дешевого и распространенного сырья, чем сера. В 1833 г. было предложено использовать этот минерал для получения из него сернистого газа и построить для этой цели специальную печь.

Благодаря всем этим усовершенствованиям серная кислота стала дешевым продуктом.

Материал подготовил П.А.Кошель