חומצה גופרתית

חומצה גופרתית היא נוזל חסר צבע וריח, בצפיפות שמנונית. נוסחתה הכימית היא H2SO4. היא מחמצן חזק מאוד ולכן חומר בעל שימושים תעשייתיים רבים.

המולקולה בעלת מבנה ארבעוני. קשרי מימן בין־מולקולריים נותנים לה נקודת רתיחה גבוהה וגורמים לה להיות מסיסה מאוד במים.

כחומצה חזקה היא נותנת פרוטונים (יונים של מימן) בקלות. היא דו־פרוטית, יש לה שני פרוטונים שניתנים בתורנות. בחום ובמינונים מרוכזים היא מחמצנת חומרים אחרים, ולעיתים מפיקה גזים כמו SO2.

בהתמזגות עם בסיסים ומתכות התגובות יוצרות סולפטים (מלחים עם היון SO4^2−) ולפעמים תוצאות נוספות כמו SO2 ומים. תגובות כאלה קורות בתמיסה חמה ומרוכזת.

בעת הוספה למים יוצאת תגובה אקסותרמית, נפלט חום רב. לכן יש לזכור כלל בטיחות בסיסי: לעולם לא לשפוך מים לתוך חומצה גופרתית; תמיד להוסיף חומצה למים לאט.

חומצה גופרתית מפרקת חומרים אורגניים ומוכרת גם כמיושמת ליבוש חומרים. היא יכולה לפרק עמילן ולגרום להסרת מים ממולקולות עד יצירת פחמן.

החומצה היא גם ממס טוב ליונים, בגלל מקדם דיאלקטרי גבוה. היא עוברת יינון עצמי במידה מסוימת, ובתנאים מסוימים יש בה יונים כמו H3SO4^+ ו־HSO4^−.

חומצה גופרתית מיוצרת בעיקר מתהליך הנקרא "contact process" (חיבור בשלבים). את התהליך מחדירים בשריפת גופרית או עיבוד גזים שמכילים SO2, המנוקים ואז מחומצנים ל־SO3 בזרז.

מייצרים גז SO2 משריפת גופרית (S + O2 → SO2). הגז מנוקה מאבק ואדי מים וכן מסולקים מזהמים שעלולים לפגוע בזרז.

מחמצנים את ה־SO2 ל־SO3 בעזרת זרז דו־ונדיום V2O5. התגובה אקסותרמית ומתבצעת בטמפרטורות גבוהות כדי שהזרז יעבוד ביעילות.
כדי להשיג המרה גבוהה מעבירים את הגזים דרך מגדל שבו הסרת SO3 נעשית על ידי חומצה גופרתית, והגז המתקבל מוחזר שוב לתהליך.

המסה ישירה של SO3 במים מסוכנת ואקסותרמית מדי. לכן מוסיפים SO3 ל־H2SO4 ליצירת "oleum" (H2S2O7), ואז מדללים את ה־oleum במים כדי לקבל H2SO4 נוזלית.

יש גם שיטות נוספות לייצור, כולל תהליכים של הסרת גופרית (desulfurization) ותהליכים היסטוריים כמו שריפת גופרית עם אשלגן חנקתי.

חומצה גופרתית משמשת בתעשייה לייצור דשנים, זיקוק נפט, עיבוד עור, ייצור חומרים כימיים, צבעים וסיבים. היא גם משמשת כחומר ייבוש וכמנגנון להסתלקות מים מרכיבים במעבדה ותעשייה.

חומצה גופרתית מרוכזת מסוכנת מאוד. היא שורפת רקמות ומרוקנת חומרים אורגניים. מגע בעור גורם לכוויות עמוקות, חלקן נגרמות גם מהחום המשתחרר בתגובה עם מים ברקמות.

במקרה של חשיפה יש להסיר את החומר מהעור במהירות ואז לשטוף במים למשך 10, 15 דקות. אדי החומצה מזיקים לעיניים ולדרכי הנשימה. חשיפה כרונית לאדים עלולה לשחוק שיניים.

חומצה גופרתית היא נוזל חסר צבע וריח. נוסחתה הכימית היא H2SO4. זו חומצה חזקה, כלומר היא נותנת מימן חיובי בקלות.

היא סמיכה ומרתיחה בטמפרטורות גבוהות. היא מסיסה במים ויכולה לפרק חומרים אורגניים. פירוק כזה יכול להשאיר פחמן.

חומצה זו מגיבה בחוזקה עם בסיסים ומתכות. בתגובות כאלה נוצרים סולפטים, מלחים שמכילים את היון SO4.

חשוב מאוד: כשמוסיפים חומצה זו למים נפלט חום רב. לכן תמיד מוסיפים חומצה למים ולא להפך.

מחממים גופרית כדי לקבל גז SO2. לאחר ניקוי מחמצנים את ה־SO2 ל־SO3 בזרז, חומר שמאיץ תגובה. את ה־SO3 מוסיפים לחומצה קיימת כדי להכין "oleum". אחר כך מוסיפים מים בזהירות כדי לקבל חומצה גופרתית נוזלית.

תעשיות משתמשות בחומצה הזו להכנת דשנים, לעיבוד נפט ולייצור חומרים כימיים.

חומצה גופרתית מסוכנת מאוד. נוגעת בעור, כוויה חזקה. אדים פוגעים בעיניים ובנשימה. אם נגעת, יש להסיר את החומר ואז לשטוף במים הרבה זמן.