Wat is het verband tussen zwaveldioxide en zwavelzuur?
Het belangrijkste verband tussen zwaveldioxide en zwavelzuur is dat zwaveldioxide een voorloper is in de industriële productie van zwavelzuur. Er zijn twee industriële processen voor de productie van zwavelzuur, die beide betrekking hebben op de oxidatie van zwaveldioxide tot zwaveltrioxide en de daaropvolgende combinatie van zwaveltrioxide met water om het zuur te vormen. Zwaveldioxide en zwavelzuur zijn ook ernstige verontreinigende stoffen. Ze leveren een belangrijke bijdrage aan zure regen.
Zwaveldioxide (SO 2 ) - een scherp, giftig gas - wordt gevormd door de verbranding van zwavel door de reactie S + O 2 → SO 2 . Het wordt ook gevormd door de verbranding van vele stoffen die zwavel bevatten, zoals waterstofsulfide en verschillende organische zwavelverbindingen in fossiele brandstoffen. Het verwarmen van zwavelhoudende ertsen en mineralen - bijvoorbeeld ijzerpyriet (FeS 2 ) - is een andere manier waarop het gas kan worden geproduceerd: 3FeS 2 + 8O 2 → Fe 3 O 4 + 6SO 2 . De productie van zwaveldioxide en zwavelzuur is een van de belangrijkste sectoren van de chemische industrie en is goed voor het grootste deel van de wereldwijde zwavelproductie.
Zwavelzuur werd in vroege tijden geproduceerd door ijzer II sulfaat of "groene vitriol" te destilleren en later door een mengsel van salpeter (NaN03) en zwavel samen met stoom te verwarmen. In de 18e eeuw begon de industriële productie van zwavelzuur met zwaveldioxide, met wat aanvankelijk het loodkamerproces werd genoemd. Het zwaveldioxide werd geproduceerd door het verbranden van zwavel of het verhitten van ijzerpyriet en geoxideerd tot zwaveltrioxide (SO 3 ) door stikstofdioxide (NO 2 ): SO 2 + NO 2 → SO 3 + NO. Het stikstofdioxide voor de reactie werd aanvankelijk geproduceerd door de thermische ontleding van salpeter, maar werd later verschaft door de oxidatie van ammoniak met behulp van een katalysator. De reactie vond plaats in met lood beklede kamers waarin een spray van water werd gericht, waarbij het zwaveltrioxide werd opgelost om zwavelzuur te vormen, dat zich verzamelt op de bodem van de kamer.
De fabricagemethode van de loodkamer is nu grotendeels vervangen door het contactproces. Dit maakt de behoefte aan stikstofdioxide overbodig door zwaveldioxide te laten reageren met lucht om zwaveltrioxide te vormen. Onder normale omstandigheden is deze reactie erg traag; het verloopt echter snel wanneer een geschikte katalysator wordt gebruikt. Platina was effectief voor dit doel, maar het moderne contactproces maakt gebruik van vanadiumpentoxide.
Zwaveldioxide en zwavelzuur zijn, hoewel van groot industrieel belang, ook belangrijke verontreinigende stoffen en zijn de grootste bronnen van zure regen. In de lucht wordt zwaveldioxide langzaam geoxideerd tot zwaveltrioxide, dat reageert met vocht in de atmosfeer om verdund zwavelzuur te vormen. Dit kan vallen als zure regen, die het plantenleven en stenen gebouwen kan beschadigen, of kan reageren met andere verontreinigende stoffen om sulfaatdeeltjes te vormen, die kunnen fungeren als condensatiekernen en een rol kunnen spelen bij de vorming van wolken.