θειικό οξύ

Ανόργανη χημική ένωση, με τύπο H₂SΟ₄. Η παρασκευή του ήταν γνωστή εδώ και αιώνες από τους αλχημιστές. Βρίσκεται ελεύθερο στη φύση στα νερά του Ρίο Τίντο στην Ισπανία. Είναι η σημαντικότερη ένωση του θείου και αποτελεί ένα από τα κύρια προϊόντα της βασικής χημικής βιομηχανίας· συμπυκνωμένο, είναι υγρό ελαιώδες, άχρωμο, με πυκνότητα 1,835 στους 15°C (το κοινό θ.ο. του εμπορίου περιέχει 3% ύδωρ και έχει πυκνότητα 1,84). Είναι διβασικό ισχυρό οξύ· με τα μέταλλα σχηματίζει δύο σειρές αλάτων, τα όξινα του γενικού τύπου MHSΟ₄ (όξινα θειικά) και τα ουδέτερα άλατα του τύπου M₂SΟ₄ (όπου το Μ δηλώνει ένα μονοσθενές μέταλλο). Είναι ισχυρά δραστικό με το ύδωρ και το αποσπά από οποιαδήποτε ουσία το περιέχει, ενώ όταν έρθει σε επαφή με χαρτί, ύφασμα, ξύλο, ζάχαρη και άλλες παρόμοιες ουσίες τις απανθρακώνει, καθώς αφαιρεί ταχύτατα το υδρογόνο και το οξυγόνο τους με τη μορφή ύδατος. Λόγω αυτών των ιδιοτήτων του χρησιμοποιείται ως αφυδατικό. Επειδή η αντίδρασή του με το ύδωρ είναι ισχυρά εξώθερμη, πρέπει το οξύ να προστίθεται αργά στο νερό, με σύγχρονη ανάδευση, για να αποσοβηθεί ο κίνδυνος βίαιων αναβρασμών. Η ανάμειξη με το ύδωρ επιφέρει συστολή του όγκου. Διασπάται και ελευθερώνει υδρογόνο με μέταλλα που προηγούνται από αυτό το στοιχείο στην ηλεκτροχημική σειρά και σχηματίζει τα αντίστοιχα άλατα, τα θειικά, τα περισσότερα από τα οποία είναι διαλυτά στο ύδωρ και, γενικά, αρκετά σταθερά. Παλαιότερα, το θ.ο. παραγόταν με απόσταξη του ένυδρου θειικού σιδήρου (πράσινο βιτριόλι) και το ονόμαζαν έλαιο του βιτριολίου ή απλώς βιτριόλι· σήμερα παρασκευάζεται με τις μεθόδους των μολύβδινων θαλάμων και επαφής (καταλυτική). Η μέθοδος των μολύβδινων θαλάμων αναφέρεται από τα μέσα του 18ου αι. και στηρίζεται στην οξείδωση του διοξειδίου του θείου (θειώδης ανυδρίτης) σε θειικό ανυδρίτη, με επίδραση οξειδίων του αζώτου παρουσία ύδατος. Στην αρχή γίνεται φρύξη των θειοχωμάτων ή του θείου, σε ειδικές κάμινους σε ρεύμα αέρα και παράγεται θειώδης ανυδρίτης, που διοχετεύεται, από κάτω προς τα πάνω, στον πύργο Γκλόβερ, που είναι κατασκευασμένος με υλικό απρόσβλητο από οξέα και διαθέτει εσωτερική επένδυση από καθαρό μόλυβδο, ο οποίος είναι ανθεκτικός στην επίδραση του θ.ο. και των άλλων ουσιών που μετέχουν στην αντίδραση. Από πάνω προστίθεται, με μορφή βροχής, το νιτροσυλοΘειικό (μείγμα θειικού οξέος, νιτρικού και ατμών οξειδίων του αζώτου, που δρουν οξειδωτικά). Έτσι διοχετεύονται οι ατμοί και τα αέρια στους μολύβδινους θαλάμους, οι οποίοι συνήθως είναι τρεις, έχουν σχήμα παραλληλεπιπέδου, επικοινωνούν εσωτερικά και συνδέονται με τα άλλα τμήματα της εγκατάστασης μέσω μολύβδινων σωλήνων. Από το πάνω μέρος των θαλάμων ψεκάζεται ύδωρ λεπτότατα διαμοιρασμένο. Όταν ο θειώδης ανυδρίτης οξειδωθεί και το προϊόν αντιδράσει με το ύδωρ, συλλέγεται από κάτω το οξύ που έχει παραχθεί, ενώ τα αέρια που απομένουν διοχετεύονται και καθαρίζονται στον πύργο του Γκέι-Λουσάκ, που έχει και αυτός επένδυση από μόλυβδο και περιέχει κομμάτια κοκ ή ψαμμόλιθου. Από πάνω, ο πύργος συνδέεται με μια δεξαμενή με θ.ο., στο οποίο φτάνουν τα αέρια για να σχηματίσουν πάλι νιτροσυλοθειικό οξύ, που επανέρχεται κυκλικά στον πύργο του Γκλόβερ. Το θ.ο. που στάζει από τον πυθμένα των θαλάμων έχει τίτλο περίπου 60-70% και χρησιμοποιείται απευθείας για την παρασκευή των υπερφωσφορικών, καθώς σε άλλες εφαρμογές η πυκνότητά του πρέπει να είναι μεγαλύτερη. Η καταλυτική μέθοδος ή δι’ επαφής είναι πολύ πιο σύγχρονη. Άρχισε να εφαρμόζεται στις αρχές του 20ού αι. και αποβλέπει στην απευθείας παραλαβή πυκνού θ.ο. Η μέθοδος συνίσταται στην παραγωγή του θειώδους ανυδρίτη σε όσο γίνεται καθαρότερη κατάσταση και στην οξείδωσή του σε ανυδρίτη του θ.ο., ο οποίος αφού καθαριστεί, έρχεται σε επαφή με το ύδωρ για να αντιδράσει και να παραληφθεί το οξύ. Το διοξείδιο του θείου που παράγεται εκπλένεται πρώτα με θ.ο. και διοχετεύεται στον πύργο της κατάλυσης, όπου οξειδώνεται προς θειικό ανυδρίτη, με την παρουσία βαναδικού ανυδρίτη, ο οποίος δρα ως καταλύτης. Μετά την έκπλυση, ο τελευταίος διοχετεύεται σε έναν άλλο πύργο, από το πάνω μέρος του οποίου καταϊονίζεται το θ.ο. Αυτό αντιδρά με τον ανυδρίτη και σχηματίζει το οleum (ατμίζον θ.ο.), το οποίο, όταν αραιωθεί κατάλληλα με νερό, δίνει το οξύ στην επιθυμητή συγκέντρωση. Το θ.ο. είναι ένα προϊόν ουσιαστικής σημασίας για τη χημική βιομηχανία. Χρησιμοποιείται για την παρασκευή υπερφωσφορικών λιπασμάτων, των θειούχων παραγώγων των οργανικών ενώσεων, πολυάριθμων οξέων, αλάτων και εκρηκτικών υλών, στη διύλιση πετρελαίων ακόμα και ως αφυδατικό. Η χρήση του είναι ευρύτατη στη σιδηροβιομηχανία, στη μεταλλουργία, στη βιομηχανία των βερνικιών και των πλαστικών υλών. Επάνω, διάταξη παρασκευής θειικού οξέος με τη μέθοδο των μολύβδινων θαλάμων. A) Κάμινος φρύξης του πυρίτη· Β) θάλαμος κόνης· C) συλλέκτης νιτροσυλοθειικού· D) πύργος του Γκλόβερ· Ε) ψύκτες· F1, F2, F3) μολύβδινοι θάλαμοι· G) πύργος του Γκέι-Λουσάκ. Κάτω, παραγωγή του θειικού οξέος με την καταλυτική μέθοδο. Μετά την έκπλυση με πυκνό θειικό οξύ στις δύο στήλες A και A1, ο θειικός ανυδρίτης διοχετεύεται στον διαχωριστήρα Β, όπου αφήνει τα σταγονίδια του υγρού, και με την αντλία C αποστέλλεται σε έναν άλλο διαχωριστήρα D· εισέρχεται έτσι στον προθερμαντήρα Ε και από αυτόν στον πύργο κατάλυσης F, όπου οξειδώνεται σε θειικό ανυδρίτη. Το αέριο που έχει ψυχθεί στον ψυκτήρα G εισάγεται στους πύργους H και H1, από το πάνω μέρος των οποίων καταϊονίζεται θειικό οξύ, που αντιδρά με τον ανυδρίτη και σχηματίζει το «oleum», το οποίο διαλύεται κατάλληλα σε νερό και δίνει θειικό οξύ στην επιθυμητή πυκνότητα. Το θειικό οξύ, αραιωμένο πολύ με νερό, αντιδρά με τον ψευδάργυρο και εκλύει καθαρό υδρογόνο.