Jaki jest związek między dwutlenkiem siarki a kwasem siarkowym?
Głównym związkiem między dwutlenkiem siarki i kwasem siarkowym jest to, że dwutlenek siarki jest prekursorem w przemysłowej produkcji kwasu siarkowego. Istnieją dwa przemysłowe procesy wytwarzania kwasu siarkowego, z których oba obejmują utlenianie dwutlenku siarki do trójtlenku siarki, a następnie łączenie trójtlenku siarki z wodą z wytworzeniem kwasu. Dwutlenek siarki i kwas siarkowy są również poważnymi zanieczyszczeniami. Są głównymi przyczynami kwaśnych deszczy.
Dwutlenek siarki (SO 2 ) - ostry, toksyczny gaz - powstaje w wyniku spalania siarki w reakcji S + O 2 → SO 2 . Powstaje również w wyniku spalania wielu substancji zawierających siarkę, takich jak siarkowodór i różne organiczne związki siarki występujące w paliwach kopalnych. Ogrzewanie rud i minerałów zawierających siarkę - na przykład pirytu żelaza (FeS 2 ) - to kolejny sposób, w jaki można wytwarzać gaz: 3FeS 2 + 8O 2 → Fe 3 O 4 + 6SO 2 . Produkcja dwutlenku siarki i kwasu siarkowego stanowi jeden z najważniejszych sektorów przemysłu chemicznego i stanowi większość światowej produkcji siarki.
Kwas siarkowy był wytwarzany we wczesnych czasach przez destylację siarczanu żelaza II lub „zielonego witriolu”, a później przez ogrzewanie mieszaniny saletry (NaNO 3 ) i siarki wraz z parą. W XVIII wieku rozpoczęła się przemysłowa produkcja kwasu siarkowego przy użyciu dwutlenku siarki, z wykorzystaniem tak zwanego procesu komory ołowiowej. Dwutlenek siarki został wytworzony przez spalanie siarki lub ogrzewanie pirytów żelaza i utleniony do trójtlenku siarki (SO 3 ) przez dwutlenek azotu (NO 2 ): SO 2 + NO 2 → SO 3 + NO. Dwutlenek azotu dla reakcji początkowo był wytwarzany przez rozkład termiczny saletry, ale później został dostarczony przez utlenianie amoniaku za pomocą katalizatora. Reakcja zachodziła w wyłożonych ołowiem komorach, do których kierowany był strumień wody, rozpuszczając trójtlenek siarki z wytworzeniem kwasu siarkowego, który gromadzi się na dnie komory.
Metodę produkcji w komorze ołowiowej zastąpiono obecnie głównie metodą kontaktową. To eliminuje potrzebę dwutlenku azotu poprzez reakcję dwutlenku siarki z powietrzem z wytworzeniem tritlenku siarki. W normalnych okolicznościach reakcja jest bardzo wolna; jednak postępuje szybko, gdy stosuje się odpowiedni katalizator. Platyna była w tym celu skuteczna, ale nowoczesny proces kontaktowy wykorzystuje pięciotlenek wanadu.
Dwutlenek siarki i kwas siarkowy, choć mają ogromne znaczenie przemysłowe, są również głównymi zanieczyszczeniami i są największymi źródłami kwaśnych deszczy. W powietrzu dwutlenek siarki powoli utlenia się do trójtlenku siarki, który reaguje z wilgocią w atmosferze, tworząc rozcieńczony kwas siarkowy. Może to spaść jak kwaśny deszcz, który może zniszczyć życie roślin i kamienne budynki, lub może reagować z innymi zanieczyszczeniami, tworząc cząsteczki siarczanu, które mogą działać jak jądra kondensacji i mogą odgrywać rolę w tworzeniu chmur.