חומצה גופרתית

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
חומצה גופרתית
Sulfuric-acid-2D-dimensions.svg
Sulfuric-acid-Givan-et-al-1999-3D-vdW.png
פרטים
שם סיסטמטי חומצה גופרתית
שמות נוספים מספר או"ם 1830
נוסחה כימית H2SO4
מסה מולקולרית g/mol‏ 98.078
מראה שקוף, חסר ריח
מספר CAS [7664-93-9]
צפיפות g/cm3‏ 1.84
מצב צבירה בטמפרטורת החדר נוזל
מסיסות מסיס לגמרי במים (בתהליך אקסותרמי)
טמפרטורת היתוך 10 °C (283 K)
טמפרטורת רתיחה 290 °C (563 K)

חומצה גופרתית היא חומצה שמנונית חסרת צבע וריח, נוזלית בטמפרטורת החדר. נוסחתה: H2SO4. החומצה הגופרתית היא מחמצן חזק מאוד ולכן היא אחד החומרים הנפוצים ובעלי השימושים הרבים ביותר בתעשייה הכימית.

המבנה המרחבי של החומצה הוא טטרהדרלי. קשרי מימן בין-מולקולריים מקנים לה טמפרטורת רתיחה גבוהה (ומכאן שניתן לעבוד איתה בטמפרטורות גבוהות) וכן מסיסות טובה במים.

מאפיינים כימיים[עריכת קוד מקור | עריכה]

החומצה הגופרתית היא מחמצן פעיל מאוד, במיוחד בטמפרטורה גבוהה. כיוון שהיא מהווה חומצה חזקה, היא מסוגלת לגרום פרוטונציה למלחים של חומצות חלשות יותר:  \ H_2SO_4 + KNO_3 \rarr KHSO_4 + HNO_3

בתגובה עם בסיסים ומתכות הנמצאות שמאלה מהמימן בשורת המתחים, החומצה הגופרתית יוצרת את הסולפט (או ההידרוסולפט) המתאים:  \ 2NaOH + H_2SO_4 \rarr Na_2SO_4 + 2H_2O ,  \ Cu + H_2SO_4 \rarr CuSO_4 + H_2 . תגובות אלו מתרחשות בתמיסה מרוכזת וחמה.

כל הבסיסים במים הם גם בסיסים בחומצה גופרתית. קיימות חומצות אחרות שתתנהגנה כבסיס בהוספתן לחומצה גופרתית. דוגמה לכך הן החומצה האצטית (CH3COOH) והחומצה החנקתית (HNO3). כך למשל תגיב חומצה חנקתית כבסיס
HNO_3 + 2H_2SO_4 \rarr  2HSO_4^- + NO_2^+ + H_3O^+. אמידים ומים למשל יתנהגו כבסיס בעת הוספתם לחומצה זו. אולם ה-super acid (סופר חומצה) fluorosulfuric acid) FSO3H) תגרום לכך שחומצה גופרתית תתנהג כבסיס ותקבל פרוטון (+H). החומצה H3BO3 היא היחידה המגיבה עם חומצה גופרתית כחומצה חזקה:

6H_3BO_3 + 6H_2SO_4  \rarr B(HSO_4)^- + 3H_3O + 2HSO_4^-

בסביבה מימית, התפרקות החומצה תהיה מלווה בפליטת חום לסביבה (תגובה אקסותרמית). החומצה הגופרתית היא חומצה דו-פרוטית חזקה, כלומר בתגובה עם בסיס היא עוברת פירוק מלא, שמתרחש בשני שלבים. בשלב הראשון תתרחש סתירה חלקית (פרוטון ראשון, H+) יון ההידרוקסיד המקבל מהבסיס נקשר עם הפרוטון הנמסר מהחומצה ליצירת מולקולת מים ראשונה, נקודה B, עם המשך התגובה מתקבלת סתירה מלאה, יון הידרוקסיד נוסף נקשר לפרוטון השני של החומצה ליצירת מולקולת מים שנייה.

החומצה הגופרתית מגיבה עם מים בתגובה אקסותרמית אלימה מאוד, שבה מופק חום רב. מסיבה זו לעולם אין לשפוך מים לתוך חומצה גופרתית, אלא רק חומצה גופרתית למים. מסיבה זו גם חומצה גופרתית משמשת לעתים בתהליכי ייבוש, כגון בתהליכי הכנת פירות יבשים. ביטוי אחר לזיקה (affinity) של החומצה הגופרתית לאטומי מימן וחמצן, שאותם היא "קורעת" מתוך מולקולות, היא תגובתה עם עמילן, שבמהלכה מתפרק האחרון כליל לפחמן ולמים.

מכיוון שהמקדם הדיאלקטרי היחסי (ε=110) של החומצה הוא גבוה משל מים, היא מהווה ממס טוב לחומרים יוניים. החומצה הגופרתית עוברת יינון עצמי חזק: 2H_2SO_4 \Leftrightarrow H_3SO_4^+ + HSO_4^- ; Ion\quad product\quad constant\quad (K)=2.7\times10^{-4}M^2

ייצור[עריכת קוד מקור | עריכה]

חומצה גופרתית מייצרים מגופרית, מחמצן וממים, בתהליך של חיבור בשלבים. ראשיתו של תהליך זה בשריפת הגופרית וקבלת דו-תחמוצת הגופרית SO2 S_{(s)} + O_{2 (g)}\rarr SO_{2 (g)} , שאותה מחמצנים לתלת-תחמוצת הגופרית SO3 בנוכחות חמש-תחמוצת הוונדיום V2O5 2SO_2 + O_2\rarr 2SO_3. את תלת-התחמוצת ניתן להמס במים, וכך לקבל את החומצה SO_{3(g)} + H_2O_{(l)} \rarr H_2SO_4 . המסה ישירה של SO3 במים אינה מעשית בשל האקסותרמיות הגבוהה של התגובה, שגורמת היווצרות אדי חומצה במקום נוזל. במקום המסה ישירה, סופחים SO3 על H2SO4 ומתקבל H2S2O7 (חומר הנקרא oleum), שאותו ממסים במים.

שימושים[עריכת קוד מקור | עריכה]

עקב היותה חומר פעיל מאוד, לחומצה הגופרתית שימושים רבים. להלן העיקריים שבהם:

בנוסף לכך, בחומצה גופרתית משתמשים לצורך ייצור דשנים מסוימים, כגון דשני זרחן ודשני אמוניה; בתהליכי זיקוק נפט ועיבוד עורות; בעת ייצור סיבים כימיים, צבעים וחומרי נפץ.

זהירות[עריכת קוד מקור | עריכה]

בשל היותה מחמצן חזק, החומצה הגופרתית היא חומצה מסוכנת, משום שהיא מפרקת את כל התרכובות האורגניות. למשל, ערבוב חומצה גופרתית מרוכזת עם החד-סוכר גלוקוז, יגרום לכך שהגלוקוז יתפרק למים ולפחמן. במגע עם גוף חי החומצה הורסת את רקמותיו.

במגע עם העור גורמת החומצה לכוויות חמורות יותר משאר החומצות החזקות, (כגון החומצה החנקתית וחומצת המלח) בשל הנזק השניוני שנגרם מהחום שנוצר כשהחומצה מגיבה עם המים שברקמה. מסיבה זו יש לסלק את החומצה מהעור קודם לשטיפת המקום הפגוע במים במשך כ-10 עד 15 דקות.

אדי החומצה מזיקים גם הם, והם פוגעים בעיניים, בדרכי הנשימה וברקמות הריריות של הגוף. חשיפה חוזרת ונשנית לאדים של חומצה גופרתית עלולה לגרום לשחיקת השיניים.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]