Przemysłowe otrzymywanie kwasu siarkowego($\text{VI}$) (kwasu tetraoksosiarkowego) z pierwiastków można podzielić na $3$ etapy.

Pierwszym etapem otrzymywania kwasu siarkowego$\left(\text{VI}\right)$ jest otrzymanie tlenku siarki($\text{IV}$) w wyniku spalania siarki w tlenie. Entalpia tworzenia tlenku siarki($\text{IV}$), poprzez spalaniespalaniespalanie siarki w tlenie, wynosi $-\mathrm{296,9} \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}$.

R1csOIraDYSXg

Ilustracja przedstawiająca model reakcji otrzymywania tlenku siarki (<math aria‑label="cztery">IV). Kolorem żółtym oznaczono kulki symbolizujące atomy siarki, które tworzą pierścień ośmioczłonowy, siarki S 8, zaś czerwonym kulki symbolizujące atomy tlenu, dwie kulki tworzące cząsteczkę, których to z kolei w reakcji bierze udział osiem. Strzałka w prawo, nad strzałką symbol temperatury T, za strzałką osiem cząsteczek tlenku siarki (<math aria‑label="cztery">IV) o strukturze, którą tworzy jedna kulka żółta, to jest atom siarki oraz stykające się z nią dwie kulki czerwone odpowiadające atomom tlenu.

Kolejnym etapem produkcji kwasu siarkowego($\text{VI}$) jest utlenienie otrzymanego tlenku siarki($\text{IV}$) do tlenku siarki($\text{VI}$).

Reakcja utlenienia tlenku siarki($\text{IV}$) do tlenku siarki($\text{VI}$) jest reakcją odwracalnąreakcja odwracalnareakcją odwracalną. Oznacza to, że przebiega ona jednocześnie w kierunku tworzenia produktów, jak i w kierunku odtwarzania substratów. Entalpia reakcji otrzymywania dwóch moli tlenku siarki($\text{VI}$) z dwóch moli tlenku siarki($\text{IV}$) i z jednego mola tlenu wynosi $-\mathrm{191,4} \text{kJ}$. Reakcja ta jest procesem egzotermicznym. Wraz z podniesieniem temperatury tlenek siarki($\text{VI}$) ulega rozkładowi na tlenek siarki($\text{IV}$). Najlepszą temperaturą do prowadzenia procesu utleniania tlenku siarki($\text{IV}$) jest temperatura około $670 \text{K}$. W tej temperaturze, po ustaleniu się równowagi między produktami a substratami, możemy otrzymać aż $98\%$ tlenku siarki($\text{VI}$).

RCixt3mMRigvx

Ilustracja przedstawiająca model reakcji otrzymywania tlenku siarki(<math aria‑label="sześć">VI). Żółte kulki symbolizują atomy siarki, zaś czerwone atomy tlenu. Dwie cząsteczki tlenku siarki(<math aria‑label="cztery">IV) składającego się z kulki żółtej oraz dwóch małych kulek czerwonych. Dodać jedna cząsteczka tlenu składająca się z dwóch stykających się ze sobą kulek czerownych. Strzałka w prawo, strzałka w lewo, nad strzałkami katalizator oraz symbol temperatury T. Za strzałkami po stronie produktów dwie cząsteczki tlenku siarki (<math aria‑label="sześć">VI), z czego każda składa się z atomu siarki oraz trzech atomów tlenu. Kolorem żółtym oznaczony jest atom siarki, czerwonym - atomy tlenu. Atom siarki znajduje się w centralnej części, a atomy tlenu dookoła niego i są z nim połączone w równych odstępach.

Otrzymywanie tlenku siarki($\text{VI}$) w temperaturze $670 \text{K}$ jest procesem bardzo czasochłonnym. W celu przyspieszenia procesu stosuje się katalizator – tlenek wanadu($\text{V}$) ${\text{V}}_2{\text{O}}_5$.

Ostatnim etapem otrzymywania kwasu jest rozpuszczenie tlenku siarki($\text{VI}$) w wodzie. Jednocześnie zachodzi reakcja egzotermiczna. W jej wyniku wydziela się duża ilość ciepła, co powoduje powstanie tzw. „mgły” kwasu siarkowego($\text{VI}$).

R5lYF1W0GuVoD

Ilustracja przedstawiająca model reakcji otrzymywania kwasu siarkowego(<math aria‑label="sześć">VI). Żółte kulki symbolizują atomy siarki, czerwone atomy tlenu, a szare, najmniejsze atomy wodoru. Cząsteczka tlenku siarki(<math aria‑label="sześć">VI) składa się z żółtej kulki połączonej z trzema kulkami czerwonymi. Dodać cząsteczka wody składającą się z kulki czerwonej stykającej się z dwiema małymi szarymi kulkami, które razem tworzą kąt rozwarty. Strzałka w prawo, za strzałką cząsteczka kwasu siarkowego (<math aria‑label="sześć">VI) składająca się z atomu siarki połączonego wiązaniami podwójnymi z dwoma atomami tlenu oraz wiązaniami pojedynczymi z dwiema grupami hydroksylowymi $\text{OH}$. Atomy w cząsteczce rozmieszczone są na planie tetraedru, w którego centrum znajduje się żółta kulka połączona z czterema czerwonymi kulkami znajdującymi się w narożach tetraedru, z których dwie stykają się, każda z jedną małą kulką w kolorze szarym, która odpowiada atomowi wodoru.

W praktyce przemysłowej przepuszcza się tlenek siarki($\text{VI}$) przez stężony kwas siarkowy($\text{VI}$). W wyniku absorpcji tlenku siarki($\text{VI}$) powstaje kwas pirosiarkowy (kwas heptaoksodisiarkowy).

RSoMqOKRrf04R

Ilustracja przedstawiająca model reakcji otrzymywania kwasu heptaoksodisiarkowego. Żółte kulki symbolizują atomy siarki, czerwone atomy tlenu a szare, najmniejsze, atomy wodoru. Cząsteczka tlenku siarki(<math aria‑label="sześć">VI) składa się z żółtej kulki połączonej z trzema kulkami czerwonymi. Dodać cząsteczka kwasu siarkowego (<math aria‑label="sześć">VI) składająca się z atomu siarki połączonego wiązaniami podwójnymi z dwoma atomami tlenu oraz wiązaniami pojedynczymi z dwiema grupami hydroksylowymi $\text{OH}$. Atomy w cząsteczce rozmieszczone są na planie tetraedru, w którego centrum znajduje się żółta kulka połączona z czterema czerwonymi kulkami znajdującymi się w narożach tetraedru, z których dwie stykają się, każda z jedną małą kulką w kolorze szarym, która odpowiada atomowi wodoru. Strzałka w prawo, za strzałką cząsteczka kwasu heptaoksodisiarkowego składająca się z dwóch żółtych kulek atomów siarki, które połączone są atomem tlenu (czerwoną kulką), tworząc kąt rozwarty. Ponownie przywołując tetraedryczną strukturę, łączący oba atomy siarki atom tlenu znajduje się w jednym wspólnym narożu dla dwóch stykających się tetraedrów, w których środkach znajdują się atomy siarki. Ponadto każdy atom siarki związany jest z grupą hydroksylową $\text{OH}$ oraz za pomocą wiązań podwójnych z dwoma atomami tlenu, przy czym wszystkie atom tlenu (czerwone kulki) znajdują się pozostałych w trzech narożach tetraedru dla danego atomu siarki. Dwie z czerwonych kulek przy różnych atomach siarki stykają się z małymi, szarymi kulkami - atomami wodoru, każda z jedną.

W wyniku rozcieńczenia roztworu kwasu heptaoksodisiarkowego otrzymujemy kwas siarkowy($\text{VI}$).

R8FPA9LqMFtjQ

Ilustracja przedstawiająca model reakcji otrzymywania kwasu siarkowego(<math aria‑label="sześć">VI) z kwasu heptaoksodisiarkowego. Żółta kulka symbolizuje atom siarki, czerwona atom tlenu, zaś szara, najmniejsza, atom wodoru. Cząsteczka kwasu heptaoksodisiarkowego składająca się z dwóch żółtych kulek atomów siarki, które połączone są atomem tlenu (czerwoną kulką), tworząc kąt rozwarty. Ponownie przywołując tetraedryczną strukturę, łączący oba atomy siarki atom tlenu znajduje się w jednym wspólnym narożu dla dwóch stykających się tetraedrów, w których środkach znajdują się atomy siarki. Ponadto każdy atom siarki związany jest z grupą hydroksylową $\text{OH}$ oraz za pomocą wiązań podwójnych z dwoma atomami tlenu, przy czym wszystkie atom tlenu (czerwone kulki) znajdują się pozostałych w trzech narożach tetraedru dla danego atomu siarki. Dwie z czerwonych kulek przy różnych atomach siarki stykają się z małymi, szarymi kulkami - atomami wodoru, każda z jedną. Dodać cząsteczka wody składającą się z kulki czerwonej stykającej się z dwiema małymi szarymi kulkami, które razem tworzą kąt rozwarty. Strzałka w prawo, za strzałką dwie cząsteczki kwasu siarkowego(<math aria‑label="sześć">VI). Każda składa się z atomu siarki połączonego wiązaniami podwójnymi z dwoma atomami tlenu oraz wiązaniami pojedynczymi z dwiema grupami hydroksylowymi $\text{OH}$. Atomy w cząsteczce rozmieszczone są na planie tetraedru, w którego centrum znajduje się żółta kulka połączona z czterema czerwonymi kulkami znajdującymi się w narożach tetraedru, z których dwie stykają się, każda z jedną małą kulką w kolorze szarym, która odpowiada atomowi wodoru.

Otrzymany w ten sposób kwas przeprowadzany jest do specjalnych zbiorników – gotowych do dystrybucji.

Etapy otrzymywania kwasu siarkowego($\text{VI}$), opisane w materiale, w przemyśle nazywane są procesem kontaktowym. W wyniku tych procesów możemy otrzymać $98\%$ kwas siarkowy($\text{VI}$) lub dymiący kwas siarkowy, inaczej nazywany oleum, który zawiera w sobie rozpuszczony tlenek siarki($\text{VI}$) w ilości około $20\%$. Kwas siarkowy($\text{VI}$) jest substancją higroskopijnąhigroskopijne substancjesubstancją higroskopijną o gęstości $\mathrm{1,83} \frac{\text{g}}{{\text{cm}}^3}$. Podczas rozcieńczania stężonego kwasu siarkowego($\text{VI}$) zachodzi proces silnie egzotermiczny. Dlatego ważne jest, żeby podczas rozcieńczania kwasu powoli wlewać go do wody.

Słownik

Bibliografia

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, t. 2, Warszawa 2007.

Encyklopedia PWN

Molenda J., Technologia chemiczna, Warszawa 1997.

Rocznik Statystyczny Przemysłu 2019, Główny Urząd Statystyczny, Warszawa 2020.