硫酸とは何か、その化学式はどのようなものなのか、またその性質を説明します。また、その特徴と用途は何ですか。
硫酸とは何ですか?
非常に腐食性の高い化合物は硫酸と呼ばれます。産業やその他の化学原料の合成における数多くの用途を考慮すると、世界中で最も多く生成され、使用されている化学製品の 1 つです。
それはテトラオキソ硫酸 (VI) またはテトラオキソ硫酸水素 (VI) として知られています。そして、それは1つの硫黄原子、2つの水素原子、4つの酸素原子で構成されています。分子式H 2 SO 4で表されます。
「塩酸」も参照
硫酸の歴史
硫酸が最初に観察されたのはイスラム教の中世で、そのとき錬金術師たちは硫酸塩の結晶から硫酸を入手しました。硫酸塩は、ラテン語の硝子体（ 「結晶」）からの硫酸塩として知られていました。このため、硫酸は伝統的にビトリオールの油、ビトリオールの液、またはビトリオールのスピリットと呼ばれてきました。
この伝統によれば、ビトリオールは世界で最も重要な化学物質であると考えられていたため、賢者の石（金属を金や銀に変えることができると考えられていた物質）として使用することができました。このため、さまざまな物質は、青色またはローマンビトリオール（硫酸銅II、CuSO 4 ）、白ビトリオール（硫酸亜鉛、ZnSO 4 ）、緑ビトリオール（硫酸鉄II、FeSO 4 ）、赤色ビトリオール（硫酸銅コバルトII、 CoSO 4 ) および火星ビトリオール (硫酸鉄 III、Fe 2 (SO 4 ) 3 )。
現代世界で最初に硫酸が製造されたのは 17 世紀です。ドイツ人のヨハン・グラウバーは、硝酸カリウム（KNO 3 ）で硫黄を燃焼させることによってそれを入手しました。正式に認められた製造は、18 世紀に英国で「リード チャンバー」として知られる方法を使用して行われました。
この方法は、高温のガス状二酸化硫黄 (SO 2 ) を洗浄してさまざまな窒素化合物にすることから構成されていました。次いで、それを酸浴に溶解して、塔酸またはグラバー酸を形成した。
その後、後者は一連の鉛室に送られ、そこで水で洗浄され、その後沸騰して壁に凝縮されました。しかし、それは他の現在の方法と比較して非常に低濃度の酸でした。
硫酸の性質
物理的性質
- 硫酸は油状の無色の液体で、濃度に応じて特有の臭気があります。融点は10℃、沸点は337℃です。
- 密度は1.84g/cm 3です。水と混和（可溶）しますが、脱水効果が大きいため、発熱します。
- 非常に極性が高く、電流をよく伝導します。
化学的性質
- 強力な酸化剤です。
- 他の酸によって形成された塩を分解します。
硫酸の化学構造
硫酸分子は、中心に硫黄原子があり、4つの頂点に4つの酸素原子が結合したピラミッド型の構造をしています。酸素原子のうち 2 つは二重結合を介して硫黄に結合し、他の 2 つは単結合を介して結合します。そのうちの 2 つでは、2 つの水素原子も結合していることがわかります。
硫酸はどのようにして得られるのでしょうか?
一般に、硫酸は次の方法で得られます。
連絡方法
まず、二酸化硫黄 (SO 2 ) は、酸素による硫黄の燃焼、または黄鉄鉱などの鉱物の焙焼によって得られます。次に、二酸化硫黄は酸化されて三酸化硫黄（SO 3 ）が得られます。
次に、三酸化硫黄は冷却機構を通過し、次に吸収塔を通過し、そこで濃硫酸のサンプルと反応してピロ硫酸 (H 2 S 2 O 7 ) が生成されます。
三酸化硫黄を水で直接希釈することはお勧めできません。これは、激しい発熱反応が発生し、硫酸の形成が起こる前に化合物の大部分が揮発してしまうためです。
リードチャンバーの方法
肥料の原料となる硫酸は主にこの方法で製造されます。
このプロセスでは、二酸化硫黄は高温でグローバー塔 (化学反応器の一種) の底部から入り、そこで一酸化窒素 (NO) と二酸化窒素 (NO 2 ) の硫酸溶液で洗浄されます。このプロセス中に、二酸化硫黄の一部は三酸化硫黄に酸化され、酸で洗浄されてグラバー酸が形成されます。この酸は塔内で生成し、78% が H 2 SO 4で構成されます。
硫酸は何に使われますか?
硫酸の用途は主に化学工業および石油化学工業で、他の酸や塩基の製造の一部として使用されます。これは、石油精製、鉄鋼加工、爆発物、洗剤、プラスチックの製造だけでなく、肥料産業でも特に重要です。
木材および製紙産業におけるその重要性も知られています。また、繊維産業の多くのプロセスや電池の生産にも関与しています。コカインの製造に一般的に使用される化学物質の一部であるため、多くの国でその販売は厳しい監視下にあります。
硫酸毒性
硫酸が有毒な化合物であることは明らかです。高濃度で存在すると、有機物を急速に腐食する可能性のある主要な刺激物です。
たとえ低濃度であっても、繰り返し暴露すると皮膚炎や癌を引き起こす可能性があります。この化合物には、吸入、摂取、または接触暴露の安全なレベルはありません。
硫酸の販売
硫酸は世界で最も多く製造されている化学製品であり、地球全体でのその売上高は多額です。そのため、ある時点では、その生産マージンが各国の工業化の度合いを測る方法として使われるようになりました。
濃度に応じて、キログラムあたりの価格は数十ドルから数百ドルの範囲になります。
硫酸による環境汚染
硫酸は通常、自然界には存在せず、ましてや高濃度のものは存在しません。したがって、特に水との爆発性反応を考慮すると、動植物の生命に大きな影響を与える汚染化合物となります。
物質の流出は通常、強塩基 (重曹など) で処理され、セメント灰またはその他の耐性物質で封じ込められます。決して水で薄めたり、排水溝や下水道に捨てたりしないでください。
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参考文献
- バハ カリフォルニア大学海洋研究所の Web サイトにある硫酸安全シート。
- 「硫酸」
- 「硫酸」