Co jest zaangażowane w wytwarzanie kwasu siarkowego?

Proces wytwarzania kwasu siarkowego był omawiany w starożytnych tekstach od pierwszego wieku naszej ery, z wieloma odmianami metod. To, co jest zaangażowane w proces, zależy od celu gotowego produktu. Przez kilka pierwszych stuleci produkcji przemysłowej siarka i azotan potasu były spalane razem i łączone z parą wodną, ​​tworząc słaby kwas siarkowy. Nowoczesne metody przemysłowej produkcji kwasu siarkowego polegają na łączeniu siarki i tlenu z ciepłem, przy użyciu tlenku wanadu jako katalizatora. Prawie wszystkie zastosowania klasy przemysłowej wykorzystują ten proces, znany jako proces kontaktowy, do produkcji kwasu siarkowego.

Pierwotnie znane jako olej witriolu wiele starożytnych tekstów odnosi się do kwasu siarkowego jako naturalnie występującego minerału. Przez stulecia opracowano wiele metod sztucznego wytwarzania kwasu siarkowego. Chociaż każda metoda wytwarza kwas siarkowy, poziomy stężeń są różne. Większość metod koncentruje się wokół podgrzewania siarki lub różnych pochodnych siarki innymi elementami, a następnie łączenia produktu końcowego z wodą.

Opierając się na XVII-wiecznej metodzie opracowanej przez holenderskiego chemika, angielski wynalazca John Roebuck udoskonalił oryginalną metodę przemysłową, znaną jako proces w komorze ołowiowej. Używając azotanu siarki i potasu, lepiej znanego jako saletra, Roebuck opracował metodę spalania dwóch minerałów w ołowianej komorze wypełnionej parą. Chociaż mniej skoncentrowany niż współczesny kwas siarkowy, ta metoda była standardem do produkcji kwasu siarkowego w dużych ilościach aż do XIX wieku. Udoskonalenia tego procesu w ciągu dwóch wieków pomogły oczyścić produkt końcowy i zwiększyć koncentrację do 78 procent.

Rosnące zapotrzebowanie na różne barwniki i inne zastosowania przemysłowe wymagały bardziej stężonego kwasu siarkowego. Jako takie, sposoby wytwarzania kwasu siarkowego w wyższych stężeniach pojawiły się podczas rewolucji przemysłowej. Metody suchej destylacji pozwoliły dwusiarczkowi żelaza, poprzez kilka etapów ogrzewania i rozkładu, wytworzyć tlenek żelaza i trójtlenek siarki. Dodanie wody do trójtlenku siarki wytworzyło różne stężenia kwasu siarkowego.

Uproszczone metody wytwarzania kwasu siarkowego są mniej zaangażowane niż metody przemysłowe. Dzieci często uczą się, jak wytwarzać słaby kwas siarkowy w eksperymentach z chemii. Takie metody wymagają prostego procesu, podobnie jak oryginalny proces w komorze ołowiowej. Zamiast używać komory ołowiowej, te lekcje nauczania często wykorzystują jako reaktor palnik Bunsena, miedzianą nasadkę, trochę azotanu sodu, trochę siarki i plastikowy pojemnik na sodę.

Ciepło jest wykorzystywane do stopienia siarki i azotanu sodu w miedzianej zaślepce. Po wystarczającym spaleniu aparat miedziany umieszcza się w plastikowym pojemniku częściowo wypełnionym wodą. Z czasem pojemnik wypełnia się różnymi gazowymi produktami ubocznymi, które są absorbowane do wody, tworząc kwas siarkowy. Zazwyczaj proces ten trwa kilka godzin, w przeciwieństwie do procesów przemysłowych, które kończą się szybciej z powodu bardziej zaangażowanego procesu.