תרכובת זו נמצאת בשימוש כה נרחב בתעשיות העולם, עד שאפילו השימוש בה קובע את רמת הפיתוח של אזור זה במדינות. רמת הייצור של חומצה גופרתית גבוהה במיוחד, מכיוון שיש לה איכויות רבות שהופכות אותה למעולה לייצור וייצור של חומרים מסוימים הפופולריים מאוד ברחבי העולם. יש לו מאפיינים שהופכים אותו לכוח קורוזיה מדהים, ולכן הוא מקבל את שמו בהתאמה.
בימי הביניים מתחם זה היה ידוע בשם שמן ויטריול, ששמם ניתן על ידי האלכימאים של אז, בערך במאות ה -XNUMX וה -XNUMX, אלה היו גם המאות החשובות ביותר, בהתייחס לגילויו וללימוד תפקידיו.
ישנם תהליכים שונים להשגת חומצה גופרתית, היות ותהליך תא העופרת הוא העתיק מכולם. גם כיום מקובל מאוד לחזות בתהליך זה מכיוון שתעשיות ייצור הדשנים הגדולות משתמשות בו בכדי להקל על השגת אותו הדבר.
התהליכים להשגת חומצה זו עלולים להיות מסוכנים מאוד אם אינך יודע בדיוק את כל הצעדים שיש לדעת כדי להצליח לבצע אותם, מכיוון שהיא מייצרת כמויות גדולות של חום, ובתור גופך חם מאוד, ולכן כל התזה עלולה לגרום לכוויות קשות.
הרכב חומצה גופרתית
זהו התרכובת הנפוצה ביותר בעולם, בהיותה התעשייה עם הרמות הגבוהות ביותר של שימוש בחומצה גופרתית, יצרני הדשנים, המאפיין החזק ביותר בכך הוא שמדובר במרכיב מאכל מאוד, והנוסחה הכימית שלו היא S2HO4.
חומצה גופרתית היא רכיב עם ההפקה הגבוהה ביותר בעולם, זאת בשל העובדה שיש לו מאפיינים מסוימים המאפשרים עיבוד של אינספור מוצרים שמקורם ממנו, כמו כן ניתן להשתמש בו גם לסינתזה של חומרים אחרים כמו חומצות וסולפטים.
בימי קדם זה היה ידוע כשמן או רוח ויטריול, מכיוון שהוא מגיע ממינרל זה, בדרך כלל ניתן להשיג תרכובת זו מגופרית דו-חמצנית באמצעות תהליך הנקרא חמצון עם תחמוצות חנקן בתמיסה מימית, לאחר קבלתו יש צורך לבצע תהליכים אחרים על מנת להגביר את הריכוז שלה.
שני אטומי המימן שיש למולקולה זו מקושרים לשני אטומי החמצן שאינם קשורים כפול לגופרית. תלוי בתמיסה הקיימת, מימנים אלה יכולים להתנתק.
למולקולת החומצה צורה פירמידה מוזרה, המאופיינת בכך שיש את אטום הגופרית במרכז, ואילו אטומי המימן נראים בארבע הפינות. במים הוא מתנהג כחומצה חזקה בדיסוציאציה הראשונה שלה, ומקבל כתוצאה את האניון של מימן-גופרתי, אם כי בניתוק השני הוא נראה כחומצה חלשה, מה שמביא לאיון הסולפתי.
היווצרות חומצה גופרתית
ניתן למצוא זאת בתחומי המסחר השונים במצגות שונות, החל מהטהור ביותר וכל סוגי התערובות העשויים להתקיים ממנו, אשר נמדדים בדרגות טוהר.
על מנת ליצור היווצרות של חומצה גופרתית, יש צורך לעבור תהליכים מסוימים להשגתה, ביניהם הידועים ביותר והשימושיים ביותר הם בתא העופרת ותהליך המגע, הראשונה שהוזכרה היא השיטה העתיקה ביותר השגת תרכובת זו, וכיום היא ממשיכה להיות בעלת חשיבות ושימוש רבה, במיוחד על ידי תעשיות האחראיות על ייצור דשנים.
אפשר להשיג את המתחם הזה במעבדות, זה מושגת על ידי העברת זרם של גז דו תחמוצת הגופרית, בתמיסת מי חמצן. ריכוז החומצה הגופריתית בתהליך ייצור זה מושג באמצעות אידוי המים.
תהליך יצירת קשר
בתהליך זה של השגת חומצה גופרתית, ניתן לראות תערובת של גזים המכילים בערך בין 7 לעשרה אחוזים של SO2 , על פי מקור ייצורו, ומחומם מראש בין 11 ל -13 אחוז, וברגע שהוא מטוהר למקסימום, ניתן להעביר אותו לממיר של מיטה קטליטית אחת או ככל הנראה, זה נובע מ כלל פלטינה, בו ניתן לדמיין את היווצרות ה- SO3 בדרך כלל משתמשים בשניים ממירים או יותר בתהליך זה.
ייצור של תרכובת זו באמצעות בעירה של גופרית אלמנטלית נוטה להציג מאזן אנרגיה טוב יותר, שאינו חייב בהכרח להסתגל לכמה מערכות טיהור קפדניות, שבמקרים אחרים תהליך זה נאלץ.
יש הבדל גדול בין ייצור SO2 על ידי שריפת גופריתe, ועל ידי השיטה האחרת המכונה צליית פיריטים, במיוחד אם אלה ארסניים, הסיבה לכך היא שהשנייה משאירה זיהומים רבים בתוצאה הסופית שלעולם לא ניתן יהיה לחסל לחלוטין.
במפעל בפעולה רגילה ביצועי ההמרה של SO2 כדי כך3 נע בין 96% ו -97%, מכיוון שיעילותם פוחתת עם הזמן, ניתן להבחין בתופעה זו בתדירות גבוהה יותר בצמחים בהם משתמשים בפיריטים מתחילים עם תכולת ארסן גבוהה, אשר אינם יכולים לחסל את התרכובת לחלוטין, ולכן מלווים את הגזים העוברים את הזרז תהליך הגורם להרעלת הזרז, וזאת הסיבה העיקרית לירידות פתאומיות בביצועים.
בממיר השני יש לגזים זמן שהייה של כ- 2 עד 4 שניות, ובזה יש להרגיל את הטמפרטורה בין 500 ל -600 מעלות צלזיוס בכדי להשיג קבוע שיווי משקל אופטימלי להשגת המרה מרבית בעלות מינימלית אפשרית.
לאחר התהליך הקודם, הגזים המגיעים מהזרז מקוררים לטמפרטורה הקרובה ל 100 מעלות צלזיוס, ואז עוברים דרך מגדל אולום, הודות לכך, מושגת ספיגה לא מלאה אלא חלקית של ה- SO.3הגזים הנותרים ממנו עוברים דרך מגדל שני בו מנקים את התרכובת ונשטפים אותה עם חומצה גופרתית. לאחר השלמת כל השלבים הללו, הגזים הנותרים מסולקים דרך ארובה לסטרטוספירה.
תהליך לשכה מוביל
תהליך מסוים זה הוא העתיק ביותר הידוע בו מיוצרת ומתקבלת חומצה גופרתית, בה SO3 גזי נכנס לכור הידוע בשם מגדל הכפפות שם הוא נכנס לתהליך כביסה עם ויטריול חנקתי, שהוא חומצה גופרתית עם תחמוצת החנקן וחלקיקי פחמן דו-חמצני המומסים בו, שבתורם מעורבב עם שני סוגים של תחמוצת חנקן, (NO) ו- (IV). חלק ניכר מתחמוצת הגופרית הרביעית המשמשת כאן מחומצן לתחמוצת הגופרית VI ומומס באמבט חומצה ליצירת חומצת המגדל, האופיינית למגדל הגלובר.
לאחר שתערובות הגז עוברות דרך מגדל הגלובר, הן מובלות לתא מרופד בעופרת (ומכאן שמו) שם מטפלים בהן בשפע מים, בעלי צורות שונות, על פי קריטריוני היצרן, ביניהם הנפוצים ביותר ריבועי או בעל צורה הדומה לזו של חרוט.
חומצה גופרתית מעובה על הקירות, נוצרת על ידי סדרת תגובות והיא נצברת על רצפת החדר המצופה עופרת, בדרך כלל ניתן לראות קיום של 3 עד 6 חדרים ברצף, התוצר הסופי המתקבל מהחדרים האמורים. מכונה לעתים קרובות חומצה קאמרית, או בדרך כלל חומצת דשן.
בשלב האחרון של התהליך הזה, הגזים עוברים דרך כור אחר שנקרא מגדל גיי-לוסק, שם שטיפה מתמשכת מתחילה בחומצות מרוכזות וקרות, שמגיעות ממגדל הגלובר, כדי לסיים את הגזים שלא ניתן היה לעבד. שוחרר לאווירה.
היסטוריה של חומצה גופרתית
ראשיתה מתחילה עוד מימי הביניים, שבהם במקום המדענים אלכימאים היו אלו שהתנסו בחומרים שהושגו מכדור הארץ, והיו טבעיים ברובם, אם כי חלקם הצליחו לייצר תרכובות כמו ג'בירו אבן הייאן, שהיה מגלה החומצה הגופרתית בפעם הראשונה במאה השמינית ואחר כך במאות הבאות שנלמדו לעומק, מכיוון שהם הבינו את האיכויות הגדולות שלה, ושימושים אפשריים ששימשו את האפשרות לייצר חפצים ומוצרים חדשים, תהליך נחוש הצליח להיות פופולרי באותם זמנים של מסכתות וספרים של ערבים ופרסים, בשל המחקר שערכו האלכימאים האירופאים במאה השלוש עשרה.
באירופה של אותה תקופה, בדיוק בעידן ימי הביניים, חומצה גופרתית הייתה ידועה בשם ויטריול, או תרכובת ויטריול, כמו משקה ויטריול או שמן ויטריול, מכיוון שהיא קיימת במינרל זה. המילה ויטריול מגיעה מלטינית vitreus, המתייחסת למלחי סולפט, ותרגומה לספרדית יהיה קריסטל.
מרכיב זה מראשיתו התגלה כמעניין מאוד בקרב האלכימאים, עד כדי כך שהוא ניסה לשמש כאבן פילוסופית, אם כי בין השימושים הנפוצים ביותר בו היה לגרום לחומרים להגיב.
יוהאן גלאובר היה כימאי גרמני ממוצא הולנדי הצליח להשיג חומצה גופרתית, או ויטריול, בתהליך של שריפת גופרית עם אשלגן חנקתי בנוכחות אדי מים. זה נבע מכך שבעוד אשלגן ניטראט מתפרק, ניתן היה לראות כיצד הגופרית התחמצנה ל- SO3 שבהמשך כששילבו אותו עם מים ניתן היה להשיג את המתחם. זו הפכה לשיטה נהדרת לשיווק חומצה גופרתית, מכיוון שהיה קל יותר לייצר המוני.
בתקופה הקרובה יותר לשנת 1746, החלה להשתמש בשיטת החדר המצופה עופרת, שהייתה הרבה יותר קיימא ופשוטה מזו של גלובר, וזה סוף סוף ייצב את התעשייה לייצור תרכובת זו וגרם לסחר גדול ב זה ברחבי העולם.
רמות הריכוז היו נמוכות מאוד של כ- 40%, אך זה שופר עם מחקרי המאפיינים של התרכובת, והשגת ייצור מוצרים חדשים שדרשו ריכוזים גבוהים יותר, זאת מכיוון שחלק מהמדענים הסתמכו על הנוהגים העתיקים של השגת אלכימאים, דווקא בשריפת פיריטים.
ואז בשנת 1831 הצליח מוכר חומץ לייצר תהליך הרבה יותר בר קיימא מאשר הקודמים, בשל העלויות הנמוכות שמגיע לו להיות מסוגל לבצע אותם, אשר נקרא תהליך המגע, מכיוון שהוא ידוע בכך שיש לו את רוב אספקת חומצה גופרתית.
יישומים ומניעות של חומצה גופרתית
לאחר שידוע על כל ההיבטים וההיסטוריה של אופן קבלת תרכובת זו, חשוב מאוד לדעת מה הם היישומים הנפוצים ביותר שלה, ואת אמצעי הזהירות שיש לנקוט, מכיוון שברוב התהליכים הללו זה חימם את החומר עד כדי כך שהוא עלול לשרוף קשות כל אחד.
היישומים הנפוצים ביותר
- כמה תהליכי תעשיות המייצרים מוצרי עץ ונייר דורשים בהם חומצה גופרתית, כמו גם במוצרי טקסטיל.
- בתעשיות ייצור הדשנים צוין הצריכה והביקוש הגדולים יותר של תרכובת זו, מכיוון שמרכיביה יעילים מאוד לעיבוד חומרים אלה, הסיבה לכך היא שהיא פועלת כדשן טבעי.
- ברוב המקרים תרכובת זו משמשת כחומר גלם, אם כי לעיתים רחוקות היא באה לידי ביטוי במוצר הסופי.
- בין החשובים ביותר הם זיקוק נפט, טיפול בפלדה, ייצור פיגמנטים, חומרי נפץ, פלסטיק, סיבים, חומרי ניקוי ומיצוי מתכות לא ברזליות.
- הוא משמש כשיטה לטיפול במתכות שונות כמו פלדה, נחושת, ונדיום, בין היתר.
- במדינות מסוימות השימוש בה מנוטר בקפדנות על ידי הגופים השייכים לחוקי הגנת הבריאות.
- השימוש הישיר ביותר שלה, כביכול, הוא של ייצור גופרית שמשולב באמצעות גופרית אורגנית, שתהליך זה מיוחד לתעשיות הניקוי.
אמצעי זהירות
תהליכי הייצור של חומצה גופרתית יכולים להיות ממש מסוכנים מכיוון שברוב המכריע, אם לא בכולם, התרכובת מחוממת לטמפרטורות קיצוניות, ולכן תמיד צריך לקחת בחשבון שיש לשפוך אותה למים, ולעולם לא להפך. , מכיוון שהוא עלול לגרום להתזה אגרסיבית העלולה לגרום לכוויות קשות בעור.