СЕРНАЯ КИСЛОТА, H₂SO₄, сильная двухосновная кислота, отвечающая высшей степени окисления серы (+6). При обычных условиях - тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха. В технике С. к. называют её смеси как с водой, так и с серным ангидридом. Если мол. отношение SO₃ : Н₂О меньше 1, то это водный раствор С. к., если больше 1,- раствор SО₃ в С. к.

Физические и химические свойства. 100%-ная H₂SO₄ (моногидрат, SО₃ х Н₂О) кристаллизуется при 10,45 °С; (t_кип 296,2 ⁰С; плотность 1,9203 г/см³; теплоёмкость 1,62 Дж/(г•К). Н₂SО₄ смешивается с Н₂О и SО₃ в любых соотношениях, образуя соединения: H₂SO₄•4H₂O (t_пл-28,36 °С), H₂SO₄•3H₂O (t_пл -36,31 °С), H₂SO₄•2H₂O (t_пл -39,60 °С), H₂SO₄•H₂O (t_пл 8,48 °С), H₂SO₄•SO₃ (H₂S₂O; - двусерная или пиросерная кислота, t_пл35,15 °С), H₂SO•2SO₃ (Н₂S₃О₁₀-трисерная к-та, t_пл 1,20 °С). При нагревании и кипении водных растворов С. к., содержащих до 70% H₂SO4, в паровую фазу выделяются только пары воды. Над более концентрированными растворами появляются и пары С. к. Раствор 98,3%-ной H₂SO₄ (азеотропная смесь) при кипении (336,5 °С) перегоняется полностью. С. к., содержащая свыше 98,3% Н₂SО₄, при нагревании выделяет пары SO₃.

Концентрированная С. к.- сильный окислитель. Она окисляет HI и НВг до свободных галогенов; при нагревании окисляет все металлы, кроме Аи и платиновых металлов (за исключением Pd). На холоде концентрированная С. к. пассивирует мн. металлы, в том числе Рb, Сг, Ni, сталь, чугун. Разбавленная С. к. реагирует со всеми металлами (кроме Рb), предшествующими водороду в ряду напряжений, напр.:

Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + Н₂. Как сильная к-та С. к. вытесняет более слабые к-ты из их солей, напр. борную к-ту из буры:

Na₂B₄O₇ + H₂SO₄+ 5H₂O = Na₂SO₄ + 4H₃ВО₃, а при нагревании вытесняет более летучие к-ты, напр.:

NaNO₃ + H₂SO₄ = NaHSO₄ + HNO₃. С. к. отнимает химически связанную воду от органич. соединений, содержащих гидроксильные группы - ОН. Дегидратация этилового спирта в присутствии концентрированной С. к. приводит к получению этилена или диэтилового эфира. Обугливание сахара, целлюлозы, крахмала и др. углеводов при контакте с С. к. объясняется также их обезвоживанием. Как двухосновная, С. к. образует два типа солей: сульфаты и гидросульфаты. Получение. Первые описания получения ''купоросного масла" (т. е. концентрированной С. к.) дали итал. учёный В. Бирингуччо в 1540 и нем. алхимик, чьи труды были опубликованы под именем Василия Валентина в кон. 16 - нач. 17 вв. В 1690 франц. химики Н. Лемери и Н. Лефевр положили начало первому пром. способу получения С. к., реализованному в Англии в 1740. По этому методу смесь серы и селитры сжигалась в ковше, подвешенном в стеклянном баллоне, содержавшем нек-рое количество воды. Выделявшийся SОз реагировал с водой, образуя С. к. В 1746 Дж. Робек в Бирмингеме заменил стеклянные баллоны камерами из листового свинца и положил начало камерному произ-ву С. к. Непрерывное совершенствование процесса получения С. к. в Великобритании и Франции привело к появлению (1908) первой башенной системы. В СССР первая башенная установка была пущена в 1926 на Полевском металлургическом заводе (Урал).

Сырьём для получения С. к. могут служить: сера, серный колчедан FeS₂, отходящие газы печей окислительного обжига сульфидных руд Си, Pb, Zn и др. металлов, содержащие SO₂. В СССР основное количество С. к. получают из серного колчедана. Сжигают FeS₂ в печах, где он находится в состоянии кипящего слоя. Это достигается быстрым продуванием воздуха через слой тонко измельчённого колчедана. Получаемая газовая смесь содержит SO₂, O₂, N₂ , примеси SO₃, паров Н₂О, As₂O₃, SiO₂ и др. и несёт много огарковой пыли, от к-рой газы очищаются в электрофильтрах.

С. к. получают из SO₂ двумя способами: нитрозным (башенным) и контактным. Переработка SO₂ в С. к. по нитрозному способу осуществляется в продукционных башнях - цилиндрич. резервуарах (высотой 15 м и более), заполненных насадкой из керамических колец. Сверху, навстречу газовому потоку разбрызгивается "нитроза" - разбавленная С. к., содержащая нитрозилсерную кислоту NOOSO₃H, получаемую по реакции:

N₂O₃ + 2H₂SO₄ = 2 NOOSO₃H + Н₂О. Окисление SO₂ окислами азота происходит в растворе после его абсорбции нитрозой. Водою нитроза гидролизуется: NOOSO₃H + Н₂O = H₂SO₄ + HNO₂. Сернистый газ, поступивший в башни, с водой образует сернистую к-ту:

SO₂ + Н₂О = Н₂SО₃.

Взаимодействие HNO₂ и H₂SO₃ приводит к получению С. к.:

2 HNO₂ + H₂SO₃ = H₂SO₄ + 2NO + Н₂О.

Выделяющаяся NO превращается в окислительной башне в N₂O₃ (точнее в смесь NO + NO₂). Оттуда газы поступают в поглотительные башни, где навстречу им сверху подаётся С. к. Образуется нитроза, к-рую перекачивают в продукционные башни. Т. о. осуществляется непрерывность произ-ва и круговорот окислов азота. Неизбежные потери их с выхлопными газами восполняются добавлением HNO₃.

С. к., получаемая нитрозным способом, имеет недостаточно высокую концентрацию и содержит вредные примеси (напр., As). Её произ-во сопровождается выбросом в атмосферу окислов азота ("лисий хвост", названный так по цвету NO₂).

Принцип контактного способа производства С. к. был открыт в 1831 П. Филипсом (Великобритания). Первым катализатором была платина. В кон. 19 - нач. 20 вв. было открыто ускорение окисления SO₂ в SO₃ ванадиевым ангидридом V₂O_S. Особенно большую роль в изучении действия ванадиевых катализаторов и их подборе сыграли исследования сов. учёных А. Е. Ададурова, Г. К. Борескова, Ф. Н. Юшкевича и др. Совр. сернокислотные з-ды строят для работы по контактному методу. В качестве основы катализатора применяются окислы ванадия с добавками SiO₂, Al₂O₃, К₂О, СаО, ВаО в различных соотношениях. Все ванадиевые контактные массы проявляют свою активность только при темп-ре не ниже ~420 ⁰С. В контактном аппарате газ проходит обычно 4 или 5 слоев контактной массы. В произ-ве С. к. контактным способом обжиговый газ предварительно очищают от примесей, отравляющих катализатор. As, Se и остатки пыли удаляют в промывных башнях, орошаемых С. к. От тумана Н₂SО₄ (образующейся из присутствующих в газовой смеси SО₃ и Н₂О) освобождают в мокрых электрофильтрах. Пары Н₂О поглощаются концентрированной С. к. в сушильных башнях. Затем смесь SO₂ с воздухом проходит через катализатор (контактную массу) и окисляется до SO₃:

SO₂ + 1/2O₂= SO₃.

Серный ангидрид далее поглощается водой, содержащейся в разбавленной H₂SO₄:

SO₃ + Н₂О = H₂SO₄.

В зависимости от количества воды, поступившей в процесс, получается раствор С. к. в воде или олеум.

Применение. С. к.- один из важнейших продуктов основной хим. пром-сти. Для технич. целей выпускаются след, сорта С. к.: башенная (не менее 75% H₂SO₄ купоросное масло (не менее 92,5%) и олеум, или дымящая С. к. (раствор 18,5-20% SO₃ в H₂SO₄), а также особо чистая аккумуляторная С. к. (92-94%; разбавленная водой до 26-31% служит электролитом в свинцовых аккумуляторах). Кроме того, производится реактивная С. к. (92-94%), получаемая контактным способом в аппаратуре из кварца или Pt. Крепость С. к. определяют по её плотности, измеряемой ареометром. Большая часть вырабатываемой башенной С. к. расходуется на изготовление минеральных удобрений. На свойстве вытеснять к-ты из их солей основано применение С. к. в произ-ве фосфорной, соляной, борной, плавиковой и др. к-т. Концентрированная С. к. служит для очистки нефтепродуктов от сернистых я непредельных органич. соединений. Разбавленная С. к. применяетря для удаления окалины с проволоки и листов перед лужением и оцинкованием, для травления металлич. поверхностей перед покрытием хромом, никелем, медью и др. Она используется в металлургии - с её помощью разлагают комплексные руды (в частности, урановые). В органич. синтезе концентрированная С. к.- необходимый компонент нитрующих смесей и сульфирующее средство при получении мн. красителей и лекарственных веществ. Благодаря высокой гигроскопичности С. к. применяется для осушки газов, для концентрирования азотной к-ты.

Техника безопасности. В произ-ве С. к. опасность представляют ядовитые газы (SO₂ и NO₂ а также пары SO₃ и H₂SO₄. Поэтому обязательны хорошая вентиляция, полная герметизация аппаратуры. С. к. вызывает на коже тяжёлые ожоги, вследствие чего обращение с ней требует крайней осторожности и защитных приспособлений (очки, резиновые перчатки, фартуки, сапоги). При разбавлении надо лить С. к. в воду тонкой струёй при перемешивании. Приливание же воды к С. к. вызывает разбрызгивание (вследствие большого выделения тепла).

Лит. Справочник сернокислотчика, под ред. Малина К. М., 2 изд., М.. 1971; Малин К. М., Аркин Н. Л., Боресков Г. К., Слинько М. Г., Технология серной кислоты, М., 1950; Боресков Г. К., Катализ в производстве серной кислоты, М.- Л., 1954; Амелин А. Г., Яшке Е. В., Производство серной кислоты, М., 1974; Лукьянов П. М., Краткая история химической промышленности СССР, М., 1959.

И. К. Малина.

По материалам БСЭ.