олеум
| |
| Идентификаторы | |
|---|---|
| Информационная карта ECHA | 100.116.872 |
| Номер ЕС |
|
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
| Характеристики | |
| H2S2OH2S2O7 | |
| Появление | бесцветная дымящая жидкость |
| Родственные соединения | |
Родственные соединения
|
серная кислота триоксид серы |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
| |
Олеум ( лат. oleum , что означает масло), или дымящая серная кислота , — это термин, обозначающий растворы различного состава триоксида серы в серной кислоте , а иногда, более конкретно, дисерную кислоту (также известную как пиросерная кислота). [ 1 ]
Олеумы можно описать формулой y SO 3 ·H 2 O, где y – общая молярная масса содержания триоксида серы. Значение y можно варьировать, включая разные олеумы. Их также можно описать формулой H 2 SO 4 · x SO 3 , где x теперь определяется как молярное содержание свободного триоксида серы. Олеум обычно оценивают по свободного SO 3 массовому содержанию . Его также можно выразить в процентах от концентрации серной кислоты; для концентраций олеума это будет более 100%. Например, 10%-ный олеум также может быть выражен как H 2 SO 4 · 0,13611 SO 3 , 1,13611 SO 3 ·H 2 O или 102,25% серная кислота. Преобразование между % кислоты и % олеума:
Для x = 1 и y = 2 брутто-формула H 2 S 2 O 7 для дисерной (пиросерной) кислоты получена . Чистая дисерная кислота представляет собой твердое вещество при комнатной температуре, плавится при 36 °C и редко используется ни в лабораторных, ни в промышленных процессах, хотя недавние исследования показывают, что чистая дисерная кислота еще никогда не была выделена. [ 2 ]
Производство
[ редактировать ]Олеум получают контактным способом , при котором сера окисляется до триоксида серы , который затем растворяется в концентрированной серной кислоте. [ 3 ] Сама серная кислота регенерируется разбавлением части олеума.
От процесса производства серной кислоты в свинцовой камере отказались, отчасти потому, что он не мог производить триоксид серы или концентрированную серную кислоту непосредственно из-за коррозии свинца и поглощения газообразного NO 2 . Пока этот процесс не устарел из-за контактного процесса, олеум приходилось получать косвенными методами. Исторически сложилось так, что самое большое производство олеума происходило в результате перегонки сульфатов железа в Нордхаузене , от которого произошло историческое название серной кислоты Нордхаузена. [ 1 ]
Приложения
[ редактировать ]Производство серной кислоты
[ редактировать ]важным промежуточным продуктом в производстве серной кислоты из-за его высокой энтальпии гидратации Олеум является . Когда SO 3 добавляется в воду, он не растворяется, а образует мелкий туман серной кислоты, с которым трудно справиться. Однако SO 3 , добавленный к концентрированной серной кислоте, легко растворяется, образуя олеум, который затем можно разбавить водой для получения дополнительного количества концентрированной серной кислоты. [ 4 ]
Обычно при концентрации выше 98,3% серная кислота подвергается самопроизвольному разложению на триоксид серы и воду.
- H 2 SO 4 ⇌ SO 3 + H 2 O
Это означает, что серная кислота выше указанной концентрации будет легко разлагаться до тех пор, пока не достигнет 98,3%; это непрактично в некоторых приложениях, таких как синтез, где предпочтительны безводные условия (например, удаление спирта). Добавление триоксида серы позволяет повысить концентрацию по принципу Ле Шателье .
В качестве промежуточного звена при транспортировке
[ редактировать ]Олеум является полезной формой для транспортировки соединений серной кислоты, обычно в железнодорожных цистернах, между нефтеперерабатывающими заводами, которые производят различные соединения серы в качестве побочного продукта переработки, и промышленными потребителями.
Некоторые составы олеума являются твердыми при комнатной температуре, и поэтому их безопаснее транспортировать, чем в жидком виде. Твердый олеум можно превратить в жидкость в месте назначения путем нагревания паром, разбавления или концентрирования. При этом требуется осторожность, чтобы не допустить перегрева и испарения триоксида серы. Для его извлечения из цистерны требуется тщательный подогрев с помощью паропроводов внутри цистерны. Необходимо проявлять особую осторожность, чтобы избежать перегрева, так как это может привести к увеличению давления в цистерне выше предела предохранительного клапана цистерны .
Кроме того, олеум менее агрессивен по отношению к металлам, чем серная кислота, поскольку в нем нет свободной воды, способной разъедать поверхности. [ 5 ] По этой причине серную кислоту иногда концентрируют до олеума для внутризаводских трубопроводов, а затем снова разбавляют до кислоты для использования в промышленных реакциях.
В Ричмонде, Калифорния, в 1993 году из-за перегрева произошел значительный выброс, вызвавший выброс триоксида серы. [ 6 ] который поглощал влагу из атмосферы, создавая туман из частиц серной кислоты микрометрового размера, который представлял опасность для здоровья при вдыхании. [ 7 ] Этот туман распространился на обширную территорию. [ 8 ]
Исследования органической химии
[ редактировать ]Олеум является агрессивным реагентом и обладает высокой коррозионной активностью. Одним из важных применений олеума в качестве реагента является вторичное нитрование нитробензола . Первое нитрование может происходить азотной кислотой в серной кислоте, но при этом кольцо дезактивируется в сторону дальнейшего электрофильного замещения. Для введения второй нитрогруппы в ароматическое кольцо необходим более сильный реагент — олеум.
Производство взрывчатых веществ
[ редактировать ]Олеум используется при производстве многих взрывчатых веществ , за исключением нитроцеллюлозы . [ 9 ] (При современном производстве нитроцеллюлозы концентрацию H 2 SO 4 часто корректируют с помощью олеума.) Химические требования при производстве взрывчатых веществ часто требуют использования безводных смесей, содержащих азотную и серную кислоты . постоянной температуры кипения Обычная азотная кислота товарного качества состоит из азеотропа азотной кислоты и воды и содержит 68% азотной кислоты. Поэтому смеси обычной азотной кислоты с серной кислотой содержат значительные количества воды и непригодны для процессов, подобных тем, которые происходят при производстве тринитротолуола .
Для синтеза гексогена и некоторых других взрывчатых веществ олеум не требуется. [ 10 ]
Безводная азотная кислота, называемая белой дымящей азотной кислотой , может быть использована для приготовления безводных нитрирующих смесей, и этот метод используется в операциях лабораторного масштаба, где стоимость материала не имеет первостепенного значения. Дымящая азотная кислота опасна при обращении и транспортировке, поскольку она чрезвычайно едкая и летучая. Для промышленного использования такие сильные смеси нитрования готовят путем смешивания олеума с обычной коммерческой азотной кислотой так, чтобы свободный триоксид серы в олеуме поглощал воду азотной кислоты. [ 11 ]
Реакции
[ редактировать ]Подобно концентрированной серной кислоте, олеум является настолько сильным дегидратирующим агентом, что, если его вылить на порошкообразную глюкозу или практически любой другой сахар , он вытянет водородные элементы воды из сахара в экзотермической реакции, оставив остаток почти чистого углерода в виде твердый. Этот углерод расширяется наружу, затвердевая в виде твердого черного вещества с пузырьками газа внутри. [ нужна ссылка ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Хиндс, Джон Иределл Диллард (январь 1902 г.). Неорганическая химия: с элементами физической и теоретической химии . Дж. Уайли и сыновья.
- ^ Ким, Сон Гю; Ли, Хан Мён; Ким, Кван С. (28 октября 2015 г.). «Дисерная кислота, диссоциированная двумя молекулами воды: ab initio и расчеты по теории функционала плотности». Физическая химия Химическая физика . 17 (43): 28556–28564. Бибкод : 2015PCCP...1728556K . дои : 10.1039/C5CP05201G . ПМИД 26400266 .
- ^ Спейт, Джеймс Г. (01 января 2017 г.), Спейт, Джеймс Г. (редактор), «Глава третья - Промышленная неорганическая химия» , «Неорганическая химия окружающей среды для инженеров » , Баттерворт-Хайнеманн, стр. 111–169, ISBN 978-0-12-849891-0 , получено 26 октября 2021 г.
- ^ Консидайн, Дуглас М. (1974). Энциклопедия химических и технологических процессов . МакГроу-Хилл. стр. 1070–1.
- ^ «Резервуары-хранилища» . Серная кислота в Интернете . ДКЛ Инжиниринг.
- ^ «Крупные аварии на химических и нефтеперерабатывающих заводах в округе Контра-Коста» . Медицинские услуги Контра Коста .
- ^ Баскетт, РЛ; Фогт, П.Дж.; Шалк, Третья мировая война; Побанц, Б.М. (3 февраля 1994 г.). Моделирование рассеяния ARAC при разливе олеумной цистерны 26 июля 1993 года в Ричмонде, Калифорния (Отчет). Управление научно-технической информации (ОСТИ). дои : 10.2172/10137425 .
- ^ «ПРАКТИЧЕСКИЙ ПРИМЕР – Выпуск олеума в Ричмонде, Калифорния» . ЭПИкод . Архивировано из оригинала 28 августа 2013 г.
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) - ^ Урбанский, Тадеуш (1965). Химия и технология взрывчатых веществ . Том. 2. Оксфорд: Пергамон Пресс. п. 329.
- ^ «Получение 1,3,5-тринитро-1,3,5-триазина (гексоген, циклонит, гексоген)» . Прехим .
- ^ Урбански, Том 1, стр. 347–349.