قوة حمض الكبريتيك وتأثيراته الساحرة

قوة حمض الكبريتيك وتأثيراته الساحرة

تعتبر الكيمياء واحدة من العلوم الأساسية التي تهتم بدراسة المركبات الكيميائية وتفاعلاتها، ومن بين هذه المركبات المهمة يأتي حمض الكبريتيك.

يُعتبر حمض الكبريتيك واحدًا من أقوى الأحماض المستخدمة في الصناعة والعلوم، ويتميز بخصائص فريدة واستخدامات متعددة في العديد من المجالات المختلفة.

تعريف حمض الكبريتيك:

يتم تعريف حمض الكبريتيك كحمض قوي يتكون من الأكسجين والكبريت والهيدروجين يتمتع بصيغة كيميائية H₂SO₄.

حامض الكبريتيك يسمى أيضًا : زيت الزاج (زيت فيتريول أو Oil of vitriol)  أو كبريتات الهيدروجين أو الحمض الكبريتي أو حمض السلفوريك (Sulfuric acid ) و هو عبارة عن سائل كثيف ، عديم اللون ، زيتي ، مسبب للتآكل.

ويعتبر من أكثر المواد الكيميائية أهمية من الناحية التجارية، ويجب الانتباه دائمًا والتعامل معه بحذر  لأنه يعتبر مادة عالية التآكل وخطرة على الصحة والبيئة.

يرجع تاريخ تحضير حمض الكبريتيك الى جابر بن حيان  في القرن الثامن الميلادي و هو الذي اسماه زيت الزاج.

عملية تحضير حمض الكبريتيك صناعيًا :

يتم تحضير حامض الكبريتيك صناعيًا عن طريق تفاعل الماء مع ثالث أكسيد الكبريت والذي يتكون بدوره من مزيج كيميائي من ثاني أكسيد الكبريت والأكسجين إما عن طريق عملية التلامس أو عملية الغرفة( غرفة الرصاص) .

أولا طريقة التلامس: وتتم على ثلاث خطوات :

• 1-  إنتاج ثاني أكسيد الكبريت

ينتج ثاني أكسيد الكبريت عن طريق تسخين خامات الكبريت أو الكبريتيد. على سبيل المثال ، بيريت الحديد FeS .

S (Sulphur)   +   O₂(Oxygen)   +   Δ(Heating)    →    SO₂(Sulphur dioxide)

4FeS(Iron pyrites)   +   7O₂(Oxygen)   +   Δ(heating)    →    2Fe₂O₃(Ferric Oxide)  +  4SO₂(Sulphur dioxide)

2- تكوين ثالث أكسيد الكبريت

ثم يتأكسد ثاني أكسيد الكبريت بالأكسجين الجوي إلى ثالث أكسيد الكبريت باستخدام V ₂ O ₅ كعامل مساعد .

2SO₂(Sulphur dioxide)   +   O₂(Oxygen)   +   V₂O₅(Catalyst)   →    SO₃(Sulphur trioxide)

3-  تحويل ثالث أكسيد الكبريت إلى حمض الكبريتيك

يضاف ثالث أكسيد الكبريت المتشكل إلى حمض الكبريتيك للحصول على الأوليوم (حمض الكبريتيك المدخن):

SO₃(Sulphur trioxide)   +  H₂SO₄(Sulfuric acid-98%)    →    H₂S₂O₇(Pyrosulfuric acid/Oleum)

يضاف الأوليوم(حمض الكبريتيك المدخن) إلى الماء للحصول على حمض الكبريتيك المركز

H₂S₂O₇(Pyrosulfuric acid/Oleum)    +  H₂O(Dilution)    →     2H₂SO₄(Sulfuric acid)

مصطلح حامض الكبريتيك المدخن ، أو الزيت ، يطبق على محاليل ثالث أكسيد الكبريت في حمض الكبريتيك بنسبة 100٪ ؛ تستخدم هذه المحاليل ، التي تحتوي عادة على 20 أو 40 أو 65 في المائة من ثالث أكسيد الكبريت ، في تحضير المواد الكيميائية العضوية .

ثانيا طريقة الغرفة( غرفة الرصاص ):

تعتمد العملية على تفاعل ثاني أكسيد الكبريت مع الماء في وجود ثاني أكسيد النتروجين ليعطي حمض الكبريتيك وأحادي أكسيد النتروجين ثم أكسدة هذا الأخير ليعطي ثاني أكسيد النتروجين ويعاد أيضا لبرج التفاعل مرة أخرى ليتفاعل مع الماء وثاني أكسيد الكبريت للحصول على حمض الكبريتيك.

الخصائص الفيزيائية لحمض الكبريتيك:

• الوزن الجزيئي ( الكتلة المولية): حوالي 98.079 جم / مول.
• الكثافة: تقريبا  1.84 جم / سم مكعب.
• نقطة الغليان: حوالي 337 درجة مئوية. يتحول حمض الكبريتيك من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية عند هذه الدرجة.
• نقطة الانصهار: حوالي 10 درجات مئوية. يتحول حمض الكبريتيك من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة عند هذه الدرجة.

ملحوظة مهمة : وهى أنه قابل للذوبان في الماء ويطلق الحرارة عند إذابته في الماء ولكن يجب ألا نضيف الماء أبدًا إليه  ولكن الصحيح  هو إضافة الحمض إلى الماء ببطءو بحذر مع التحريك المستمر وذلك عند تخفيف حمض الكبريتيك المركز . 

الخصائص الكيميائية لحمض الكبريتيك:

• حمض الكبريتيك هو حمض ثنائي القاعدية قوي. أيضا ، هو ثنائي البروتون ويتأين على مرحلتين في المحلول المائي.
• هذه المادة الكيميائية شديدة التآكل ومتفاعلة وقابلة للذوبان في الماء.
• لديه قوة أكسدة عالية جدًا ، وبالتالي ، يعمل كعامل مؤكسد قوي و بالتالي يمكنه أكسدة كل من المعادن وغير المعدنية.
• حمض الكبريتيك المركز عامل تجفيف قوي جدًا. وبالتالي ، يتم استخدام هذه المادة الكيميائية لتجفيف العديد من الغازات الرطبة التي لا تتفاعل مع الحمض.
• بالإضافة إلى أنه يطرد الماء من الخلطات الطبيعية مثل النشويات.
• نظرًا لأنه عامل مؤكسد جيد ، يمكنه أكسدة كل من المعادن وغير المعدنية.

بعض التفاعلات الشائعة لحمض الكبريتيك

1. تفاعل تعادل: حمض الكبريتيك هو حمض قوي يتفاعل مع القواعد لتكوين ملح وماء. على سبيل المثال، عند مزج حمض الكبريتيك مع هيدروكسيد الصوديوم (NaOH)، يتكون كبريتات الصوديوم (Na2SO4) وماء (H2O).

H₂SO₄ +2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O

2. تفاعل أكسدة :يؤكسد حامض الكبريتيك المركز الساخن النحاس إلى كبريتات النحاس.

Cu   +    2H₂SO₄  →    CuSO₄  +   SO₂   +   H₂O

ملحوظة

(1)يؤكسد الحمض أيضاً كثيراً من اللافلزات كالكربون والكبريت.

     3.التفاعل مع الأملاح: ينتج حمض الكبريتيك المركز فلوريد الهيدروجين من فلوريد الكالسيوم.

CaF ₂     + H ₂ SO ₄   → CaSO ₄    + 2HF

      4. يحرق الجلوكوز والسكر والنشا و يحولهم إلى الكربون.

C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁    + (H ₂ SO ₄ ) → 12C + 11H ₂ O

    ملحوظة:

      عند خلط السكر (السكروز) بحمض الكبريتيك ينتج الكربون والبخار.

لاحظ أن السكر لا يتحول إلى اللون الأسود ببساطة. بل، يشكل الكربون برجًا بخاريًا يدفع نفسه خارج الدورق أو الوعاء ، على شكل ثعبان أسود.  هذا التفاعل له رائحة مثل السكر المحترق أيضًا.ويسمى تفاعل :تجربة ثعبان الرمال الأسود (ثعبان فرعون 

 7. حمض الكبريتيك المركز هو أيضًا عامل تجفيف قوي ، يتحد بقوة مع الماء ؛ وبهذه الصفة ، فإنها تفحم العديد من المواد العضوية ، مثل الخشب أو الورق أو السكر ، مما يترك بقايا كربونية.

استخدامات حمض الكبريتيك:

يعتبر حمض الكبريتيك واحدًا من أهم المواد الكيميائية ويتمتع بتطبيقات واسعة في العديد من الصناعات. لذلك، فقد حصل على لقب “ملك المواد الكيميائية“. وفيما يلي بعض الاستخدامات الرئيسية لحمض الكبريتيك:

• يتم استخدامه في صناعة الأسمدة.
• يتم استخدامه في إنتاج الصلب والحديد.
• يتم استخدامه في الصناعات التحويلية الكيميائية.
• يتم استخدامه في تكرير البترول.
• يتم استخدامه لإنتاج حامض الفوسفوريك.
• يستخدم كعامل تنظيف في الصناعات لإزالة الصدأ من الفولاذ والحديد.
• يستخدم كمحفز لتحويل أوكسيم سيكلوهكسانون إلى كابرولاكتام المستخدم في صناعة النايلون.
• يتم استخدامه في بطاريات الرصاص الحمضية كإلكتروليت.
• يتم استخدامه في صنع كبريتات الأمونيوم.
• يتم استخدامه في بطاريات التخزين.

احتياطات متبعة عند التعامل مع حمض الكبريتيك:

عند التعامل مع حمض الكبريتيك (H ₂ SO ₄)، يجب اتخاذ بعض الاحتياطات اللازمة للحفاظ على السلامة الشخصية والوقاية من المخاطر. إليك بعض الاحتياطات المتبعة:

1. استخدام الواقيات الشخصية: يجب ارتداء معدات الوقاية الشخصية المناسبة، مثل النظارات الواقية، والقفازات المقاومة للكيماويات، والملابس الواقية للحماية من الاتصال المباشر مع الحمض.
2. التهوية الجيدة: يجب العمل في مناطق جيدة التهوية أو استخدام أجهزة شفط الهواء لتقليل تركيز البخارات الضارة في الهواء.
3. التعامل الحذر: يجب التعامل بحذر مع حمض الكبريتيك وتفادي الاحتكاك القوي أو الانفجار الناتج عن مزجه مع المواد القابلة للتفاعل.
4. التخزين الآمن: يجب تخزين حمض الكبريتيك في حاويات محكمة الإغلاق وفي مكان بارد وجاف وبعيدًا عن المواد القابلة للاشتعال والمواد العضوية.
5. الإسعافات الأولية: يجب أن يكون لديك مجموعة من الإسعافات الأولية في مكان العمل تشمل مياه الشرب والمواد القلوية لغسل الجلد في حالة الاتصال المباشر مع الحمض.

يجب على الأشخاص العاملين في البيئات التي تتطلب التعامل مع حمض الكبريتيك أن يكونوا على دراية تامة بالاحتياطات والإجراءات اللازمة للوقاية من المخاطر والحفاظ على السلامة الشخصية والبيئة.

مما سبق نجد أن حمض الكبريتيك يتمتع بقوة كيميائية فائقة وتاريخ طويل من الاستخدامات المذهلة في مختلف المجالات. يُعد حمض الكبريتيك واحدًا من أقوى الأحماض المعروفة، حيث يتفاعل بشكل سريع وفعال مع معظم المواد والمركبات.

إن قوة حمض الكبريتيك وقدرته على التفاعل وتحويل المواد جعلته لا غنى عنه في الصناعة والبحث العلمي.

ولا يمكن إغفال تأثير حمض الكبريتيك في المجال البيئي، حيث يستخدم في تنقية المواد النووية وفي معالجة المخلفات الصناعية.

باختصار، حمض الكبريتيك يعتبر مادة كيميائية قوية ومتعددة الاستخدامات، ويعد أحد العوامل الأساسية في الصناعة والتكنولوجيا. تقود قوته الكيميائية واستخداماته المتعددة إلى تأثير كبير في العديد من القطاعات وتسهم في تطور المجتمع والاقتصاد.

المراجع:

1- موقع www.byjus.comأطلعت عليه بتاريخ 12/6/2023.

2- موقع www.britannica.comأطلعت عليه بتاريخ 12/6/2023.

3- موقع www.ar.wikipedia.org أطلعت عليه بتاريخ 14/6/2023.

4- موقع  www.toppr.com  أطلعت عليه بتاريخ 16/6/2023.