Formule d'acide sulfurique (H2SO4), propriétés, structure et utilisations

Le acide sulfurique (H₂SO₄₎ est un composé chimique liquide, huileux et incolore, soluble dans l'eau avec dégagement de chaleur et corrosif pour les métaux et les tissus. Il charme le bois et la plupart des matières organiques quand il entre en contact avec lui, mais il est peu probable qu'il provoque un incendie.

L'acide sulfurique est peut-être le plus important de tous les produits chimiques industriels et de consommation lourde a été cité à plusieurs reprises comme un indicateur de l'état général de l'économie d'une nation.

Une exposition prolongée à de faibles concentrations ou une exposition à court terme à de fortes concentrations peut entraîner des effets nocifs sur la santé. L'utilisation de l'acide sulfurique est de loin la plus importante dans l'industrie des engrais phosphatés.

D'autres applications importantes sont dans le raffinage du pétrole, la production de pigment, le décapage de l'acier, l'extraction de métaux non ferreux et la fabrication des explosifs, des détergents, des matières plastiques, des fibres synthétiques et des produits pharmaceutiques.

Index

• 1 Vitriol, l'antécédent de l'acide sulfurique
• 2 Formule
• 3 structure chimique
  • 3.1 en 2D
  • 3.2 en 3D
• 4 caractéristiques
  • 4.1 Propriétés physiques et chimiques
  • 4.2 Réactions avec l'air et l'eau
  • 4.3 Inflammabilité
  • 4.4 Réactivité
  • 4.5 Toxicité
• 5 utilisations
  • 5.1 Indirect
  • 5.2 Direct
• 6 Le développement de l'industrie de l'acide sulfurique
  • 6.1 Procédé Vitriol
  • 6.2 caméras de plomb
• 7 Production actuelle: processus de contact
  • 7.1 Processus à double contact
• 8 Matières premières utilisées dans la production d'acide sulfurique
  • 8.1 Pyrite
  • 8.2 Dioxyde de soufre
  • 8.3 Recyclage
• 9 effets cliniques
• 10 Sécurité et risques
  • 10.1 Classes de danger du SGH
  • 10.2 Codes des conseils prudentiels
• 11 références

Vitriolo, l'histoire de l'acide sulfurique

En Europe médiévale, l’acide sulfurique était connu sous le nom de vitriol, huile de vitriol ou liqueur de vitriol par les alchimistes. Il a été considéré comme le produit chimique le plus important et a essayé d'être utilisé comme une pierre philosophale.

Les Sumériens avaient déjà une liste de plusieurs types de vitriol. En outre, Galen, le médecin grec Dioscorides et Pliny the Elder ont proposé son utilisation médicale.

Dans les travaux alchimiques hellénistiques ont déjà mentionné les utilisations métallurgiques des substances vitrióliques. Le vitriol est un groupe de minéraux vitreux à partir duquel on peut obtenir de l'acide sulfurique.

Formule

-Formule: H₂SO₄

-Numéro Cas: 7664-93-9

Structure chimique

En 2D

3D

Caractéristiques

Propriétés physiques et chimiques

L'acide sulfurique appartient au groupe réactif des acides oxydants forts.

Réactions avec l'air et l'eau

- La réaction avec l'eau est négligeable à moins que l'acidité est supérieure à 80-90%, la chaleur de l'hydrolyse est extrême, il peut causer des brûlures graves.

Inflammabilité

- Les acides oxydants forts sont généralement ininflammables. Ils peuvent accélérer la combustion d'autres matériaux en fournissant de l'oxygène au site de combustion.

- Cependant, l'acide sulfurique est hautement réactif et capable d'enflammer des matériaux combustibles finement divisés lorsqu'ils sont en contact avec eux.

- Lorsque chauffé, émet des fumées hautement toxiques.

- Il est explosif ou incompatible avec une grande variété de substances.

- Il peut subir des changements chimiques violents à des températures et des pressions élevées.

- Peut réagir violemment avec de l'eau.

La réactivité

- L'acide sulfurique est fortement acide.

- Réagit violemment avec le pentafluorure de brome.

- Exploser au para-nitrotoluène à 80 ° C

- Une explosion se produit lorsque l’acide sulfurique concentré est mélangé avec du permanganate de potassium cristallin dans un récipient contenant de l’humidité. Il se forme de l'heptoxyde de manganèse qui explose à 70 ° C.

- Le mélange d'acrylonitrile et d'acide sulfurique concentré doit être bien refroidi, sinon une réaction exothermique intense se produira.

- La température et la pression j'augmenter le mélange dans un acide sulfurique de la cuve fermée (96%) en portions égales avec l'une des substances suivantes: l'acétonitrile, l'acroléine, le 2-aminoéthanol, l'hydroxyde d'ammonium (28%), l'aniline, le n-butyraldéhyde , l'acide chlorosulfonique, l'éthylène diamine, l'éthylèneimine, l'épichlorhydrine, la cyanhydrine d'éthylène, de l'hydrogène (36%) d'acide fluorhydrique (48,7%) de l'acide, la propiolactone, l'oxyde de propylene, l'hydroxyde de sodium, d'un monomère de styrène.

- L'acide sulfurique (concentré) est extrêmement dangereux au contact des carbures, des bromates, des chlorates, des matières fulminantes, des picrates et des métaux en poudre.

- Il peut induire la polymérisation violente du chlorure d'allyle et réagir de manière exothermique avec l'hypochlorite de sodium pour produire du chlore gazeux.

- Le mélange d'acide chlorosulfurique et d'acide sulfurique à 98% donne du HCl.

 Toxicité

- L'acide sulfurique est corrosif pour tous les tissus de l'organisme. L'inhalation de vapeur peut causer de graves dommages aux poumons. Le contact avec les yeux peut entraîner une perte totale de vision. Le contact avec la peau peut causer une nécrose sévère.

- L'ingestion d'acide sulfurique, en quantité comprise entre 1 cuillère à café et une demi-once du produit chimique concentré, peut être fatale pour un adulte. Même quelques gouttes peuvent être fatales si l'acide a accès à la trachée.

- L'exposition chronique peut causer la trachéobronchite, la stomatite, la conjonctivite et la gastrite. Une perforation gastrique et une péritonite peuvent survenir et peuvent être suivies d'un collapsus circulatoire. Le choc circulatoire est souvent la cause immédiate du décès.

- Les personnes souffrant de maladies nerveuses respiratoires, gastro-intestinales ou chroniques et de toute maladie oculaire et cutanée sont plus à risque.

Utilise

- L'acide sulfurique est l'un des produits chimiques industriels les plus utilisés au monde. Mais, la plupart de ses utilisations peuvent être considérées comme indirectes, participant en tant que réactif plutôt que comme ingrédient

- La plus grande partie de l’acide sulfurique se retrouve sous forme d’acide dans la production d’autres composés ou sous forme d’une sorte de résidu de sulfate.

- Un certain nombre de produits contiennent du soufre ou de l’acide sulfurique, mais presque tous sont des produits spéciaux à faible volume.

- Environ 19% de l'acide sulfurique produit en 2014 a été consommé dans une vingtaine de procédés chimiques, et le reste est consommé dans une grande variété d'applications industrielles et techniques.

- La croissance de la demande d'acide sulfurique dans le monde entier, en ordre décroissant, est due à la production de: acide phosphorique, le dioxyde de titane, l'acide fluorhydrique, le sulfate d'ammonium et le traitement de l'uranium et des applications métallurgiques.

Indirect

- Le plus gros consommateur d’acide sulfurique est, de loin, l’industrie des engrais. Il a représenté un peu plus de 58% de la consommation mondiale totale en 2014. Toutefois, ce chiffre devrait diminuer à environ 56% pour 2019, principalement en raison de la croissance plus élevée dans d'autres applications chimiques et industrielles.

- La production d’engrais phosphatés, en particulier l’acide phosphorique, est le principal marché de l’acide sulfurique. Il est également utilisé pour la fabrication de fertilisants tels que le superphosphate triple et les phosphates de mono- et diammonium. Des quantités mineures sont utilisées pour la production de superphosphate et de sulfate d'ammonium.

- Dans d'autres applications de l'industrie, des quantités importantes d'acide sulfurique sont utilisés comme milieu de réaction de déshydratation acide, dans des procédés de chimie organique et de la pétrochimie impliquant des réactions telles que la nitration, la condensation et la déshydratation, ainsi que le raffinage le pétrole, où il est utilisé dans le raffinage, l'alkylation et la purification des distillats bruts.

- Dans l'industrie chimique inorganique, son utilisation est remarquable dans la production de pigments de TiO2, d'acide chlorhydrique et d'acide fluorhydrique.

- Dans les métaux de l'industrie de transformation, de l'acide sulfurique pour l'acier de décapage, lixiviation de minerais de cuivre, d'uranium, de vanadium est utilisé dans le traitement hydrométallurgique des minerais, et dans la préparation des bains électrolytiques pour la purification et le placage métaux non ferreux.

- Certains procédés de fabrication de la pâte dans le bois de l'industrie du papier, dans la production de certains textiles, dans la fabrication de fibres et dans le tannage du cuir, nécessitent également de l'acide sulfurique.

Direct

- Probablement l'acide sulfurique dans lequel le soufre est incorporé dans le produit final, une plus grande utilisation est dans le procédé de sulfonation organique, en particulier pour la production de détergents.

- La sulfonation joue également un rôle important dans l'obtention d'autres produits chimiques organiques et produits pharmaceutiques mineurs.

- Les batteries au plomb sont l’un des produits de consommation les plus connus contenant de l’acide sulfurique et ne représentent qu’une petite fraction de la consommation totale d’acide sulfurique.

- Dans certaines conditions, l'acide sulfurique est directement utilisé dans l'agriculture, pour la remise en état des sols très alcalins tels que ceux trouvés dans les régions désertiques des États-Unis de l'Ouest. Cependant, cette utilisation n'est pas très importante en termes de volume total d'acide sulfurique utilisé.

Le développement de l'industrie de l'acide sulfurique

Procédé Vitriol

La méthode la plus ancienne pour l'acide sulfurique est appelé « vitriol de processus », qui est basé sur la décomposition thermique de vitriols, qui sont des sulfates de différents types d'origine naturelle.

alchimistes perses, Jabir Ibn Hayyan (également connu sous le nom Geber, 721-815 AD), Razi (865-925 AD) et Jamal al-Din Watwat (1318 AD), notamment le sulfate de fer dans leurs listes de classification minérale.

La première mention du "processus vitriol" apparaît dans les écrits de Jabir ibn Hayyan. Ensuite, les alchimistes St Albert le Grand et Basilius Valentinus ont décrit le processus plus en détail. L'alun et le calcantite (bleu vitriol) ont été utilisés comme matières premières.

À la fin du Moyen Âge, l'acide sulfurique était obtenu en petites quantités dans des récipients en verre, dans lesquels le soufre était brûlé avec du salpêtre dans un environnement humide.

Le procédé vitriol a été utilisé à une échelle industrielle à partir du XVIe siècle en raison d'une demande accrue en acide sulfurique.

Vitriolo de Nordhausen

L'objectif de la production axée sur la ville allemande de Nordhausen (appelé a commencé à vitriol comme « vitriol Nordhausen »), où le fer (II) sulfate a été utilisé (couperose, FeSO₄ - 7h₂O) comme matière première, qui a été chauffée, et le trioxyde de soufre résultant a été mélangé avec de l'eau pour obtenir l'acide sulfurique (huile de vitriol).

Le procédé a été mis en oeuvre dans des cuisines, dont certaines avaient plusieurs niveaux, en parallèle, afin d'obtenir de plus grandes quantités d'huile de vitriol.

Caméras de plomb

Au XVIIIe siècle, un procédé plus économique a été mis au point pour la production d'acide sulfurique connu sous le nom de "procédé à chambre de plomb".

Jusque-là, la concentration maximale d'acide obtenue était de 78%, tandis que l'acide concentré « processus vitriol » et oleum a été obtenue, cette méthode a été encore utilisé dans certains secteurs de l'industrie jusqu'à l'avènement du « processus contact "en 1870, avec lequel l’acide concentré pouvait être obtenu à moindre coût.

Oléum ou de l'oléum (CAS: 8014-95-7) est une solution de consistance huileuse et la composition variable de couleur brun foncé de l'anhydride sulfurique et de l'acide sulfurique, qui peut être décrit par la formule H₂SO₄.xSO₃ (où x représente la teneur molaire libre en oxyde de soufre (VI)). Une valeur pour x de 1 donne la formule empirique H₂S₂O₇, qui correspond à l'acide disulfurique (ou acide pyrosulfurique).

Processus

Le procédé en chambre de plomb était la méthode industrielle utilisée pour produire de l'acide sulfurique en grande quantité, avant d'être supplanté par le "procédé de contact".

En 1746, à Birmingham, en Angleterre, John Roebuck a commencé à produire de l'acide sulfurique dans des chambres plombées, qui étaient plus forts et moins coûteux que les contenants en verre qui avaient été utilisés auparavant, et pourrait être beaucoup plus grande.

Le dioxyde de soufre (provenant de la combustion de soufre élémentaire ou de minerais métalliques contenant du soufre, tel que la pyrite) a été introduit avec de la vapeur et de l'oxyde d'azote dans de grandes chambres garnies de feuilles de plomb.

Le dioxyde de soufre et le dioxyde d'azote ont été dissous et, pendant une période d'environ 30 minutes, le dioxyde de soufre a été oxydé en acide sulfurique.

Cela a permis l'industrialisation efficace de la production d'acide sulfurique et, avec divers raffinements, ce procédé est resté la méthode de production standard pendant près de deux siècles.

En 1793, Clemente et Desormes ont obtenu de meilleurs résultats en introduisant de l'air supplémentaire dans le processus de la chambre de plomb.

En 1827, Gay-Lussac a introduit une méthode pour absorber les oxydes d'azote des gaz résiduaires de la chambre de plomb.

En 1859, Glover a mis au point une méthode de récupération des oxydes d’azote à partir de l’acide nouvellement formé, par entraînement avec des gaz chauds, ce qui a permis de catalyser en continu le procédé avec de l’oxyde d’azote.

En 1923, Petersen a introduit un processus de tour amélioré qui a permis sa compétitivité par rapport à la procédure de contact jusque dans les années 1950.

Le procédé en chambre est devenu si robuste qu'en 1946, il représentait encore 25% de la production mondiale d'acide sulfurique.

Production actuelle: processus de contact

Le processus de contact est la méthode actuelle de production d'acide sulfurique à forte concentration, nécessaire dans les procédés industriels modernes. Le platine était le catalyseur de cette réaction. Cependant, le pentoxyde de vanadium (V2O5) est maintenant préféré.

En 1831, à Bristol, en Angleterre, Peregrine Phillips a breveté l'oxydation du dioxyde de soufre en trioxyde de soufre en utilisant un catalyseur au platine à des températures élevées.

Cependant, l'adoption de son invention et le développement intensif du processus de contact n'ont débuté qu'après que la demande en oléum pour la fabrication de colorants eut augmenté vers 1872.

Ensuite, de meilleurs catalyseurs solides ont été recherchés, et la chimie et la thermodynamique de l'équilibre SO2 / SO3 ont été étudiées.

Le processus de contact peut être divisé en cinq étapes:

1. Combinaison de soufre et de dioxygène (O2) pour former du dioxyde de soufre.
2. Purification du dioxyde de soufre dans une unité de purification.
3. Ajout d'un excès de dioxygène au dioxyde de soufre en présence du catalyseur au pentoxyde de vanadium, à des températures de 450 ° C et à une pression de 1-2 atm.
4. Le trioxyde de soufre formé est ajouté à l'acide sulfurique à l'origine de l'oléum (acide disulfurique).
5. L'oléum est ensuite ajouté à l'eau pour former de l'acide sulfurique très concentré.

L'inconvénient fondamental des processus de l'oxyde d'azote (pendant le processus de la chambre de plomb) est que la concentration de l'acide sulfurique obtenu est limitée à un maximum de 70 à 75%, tandis que le processus de contact produit un acide concentré (98). %).

Avec le développement de catalyseurs au vanadium relativement peu coûteux pour le procédé de contact, ainsi que la demande croissante d'acide sulfurique concentré, la production mondiale d'acide sulfurique dans les usines de traitement des oxydes d'azote a régulièrement diminué.

En 1980, il n'y avait pratiquement plus d'acide produit dans les usines de traitement des oxydes d'azote en Europe occidentale et en Amérique du Nord.

Processus à double contact

Le procédé de double absorption à double contact (DCDA ou Double Contact Double Absorption) a apporté des améliorations au processus de contact pour la production d'acide sulfurique.

En 1960, Bayer a déposé une demande de brevet pour le procédé dit de double catalyse. La première usine ayant utilisé ce procédé a été lancée en 1964.

En incorporant une étape d'absorption de SO₃ préliminaire avant les dernières étapes catalytiques, le processus de contact amélioré a permis une augmentation significative de la conversion de SO₂ , réduisant substantiellement ses émissions dans l'atmosphère.

Les gaz sont renvoyés à travers la colonne d'absorption finale, obtenant non seulement une efficacité de conversion élevée en SO₂ à SO₃ (environ 99,8%), mais permettant également de produire une concentration plus élevée d’acide sulfurique.

La différence essentielle entre ce processus et le processus ordinaire de contact réside dans le nombre d'étapes d'absorption.

À partir des années 1970, les principaux pays industrialisés ont introduit des réglementations plus strictes en matière de protection de l’environnement et le processus de double absorption a été généralisé dans les nouvelles usines. Toutefois, le processus de contact classique continue d’être utilisé dans de nombreux pays en développement dont les normes environnementales sont moins exigeantes.

Le plus grand élan pour le développement actuel du processus de contact est axé sur l'augmentation de la récupération et de l'utilisation de la grande quantité d'énergie produite dans le processus.

En fait, une grande usine moderne d’acide sulfurique peut être considérée non seulement comme une usine chimique, mais aussi comme une centrale thermique.

Matières premières utilisées dans la production d'acide sulfurique

La pyrite

Goethite était la charge d'alimentation dominant dans la production de l'acide sulfurique jusqu'à ce que la moitié du vingtième siècle, lorsque de grandes quantités de soufre élémentaire ont commencé à être récupéré à partir du procédé de raffinage du pétrole et la purification du gaz naturel, de devenir le sujet principal prime de l'industrie.

Dioxyde de soufre

Actuellement, le dioxyde de soufre est obtenu par différentes méthodes, à partir de plusieurs matières premières.

Aux États-Unis, l'industrie est basée depuis les premières années du XXe siècle pour obtenir du soufre élémentaire des dépôts souterrains par le « processus Frasch. »

L'acide sulfurique moyennement concentré est également produit par reconcentration et purification de grandes quantités d'acide sulfurique obtenues en tant que sous-produit d'autres procédés industriels.

Recyclé

Le recyclage de cet acide est de plus en plus important du point de vue de l'environnement, en particulier dans les principaux pays développés.

La fabrication de l'acide sulfurique à base de soufre et de la pyrite élémentaire est, bien sûr, relativement sensibles aux conditions du marché, étant donné que l'acide produit à partir de ces matériaux représente un produit primaire.

A l'inverse, lorsque l'acide sulfurique est un sous-produit, fabriqué comme un moyen d'élimination de déchets provenant d'un autre processus, le niveau de production ne soit pas dictée par les conditions du marché de l'acide sulfurique, mais les conditions du marché pour le produit primaire.

Effets cliniques

L'acide sulfurique est utilisé dans l'industrie et dans certains produits d'entretien ménager, tels que les nettoyants pour salles de bain. Il est également utilisé dans les batteries.

-La consommation délibérée, en particulier de concentration élevée, peut causer des blessures graves et la mort.Ces expositions par ingestion sont rares aux États-Unis, mais sont communs dans d'autres parties du monde.

-C'est un acide fort qui provoque des lésions tissulaires et la coagulation des protéines. Corrosif pour la peau, les yeux, le nez, les muqueuses, les voies respiratoires et du tube digestif, ou tout tissu avec lequel il entre en contact.

-La gravité de la blessure est déterminée par la concentration et la durée du contact.

-Les expositions plus douces (concentrations inférieures à 10%), ne provoquent pas d'irritation de la peau, les voies respiratoires supérieures et de la muqueuse gastro-intestinale.

-Les effets respiratoires d'une exposition aiguë par inhalation comprennent une irritation du nez et de la gorge, la toux, les éternuements, le bronchospasme réflexe, la dyspnée et l'oedème pulmonaire. La mort peut survenir par un coup collapsus circulatoire, glotte compromis oedème et des voies respiratoires ou une lésion pulmonaire aiguë.

-La ingestion d'acide sulfurique peut provoquer des douleurs épigastriques immédiate, des nausées, des vomissements et une salivation, aspect matériel mucoïde ou hémorragique du « café moulu ». De temps en temps, du vomi de sang frais est observé.

-La prise de concentré acide sulfurique peut provoquer la corrosion de l'œsophage, de la nécrose et la perforation de l'œsophage ou de l'estomac, en particulier dans le pylore. Occasionnellement, une lésion de l'intestin grêle est observée. Les complications ultérieures peuvent inclure la formation de sténoses et de fistules. Après ingestion, une acidose métabolique peut se développer.

- Des nécroses et des cicatrices peuvent provoquer des brûlures cutanées graves. Celles-ci peuvent être fatales si une surface suffisamment grande de la surface du corps est affectée.

-L'œil est particulièrement sensible aux blessures par corrosion. Irritation, larmoiement et la conjonctivite peut se développer même avec de faibles concentrations d'acide sulfurique. Éclaboussures avec de l'acide sulfurique à des concentrations élevées provoquent: brûlures de la cornée, la perte de vision et parfois perforation du globe.

-La exposition chronique peut être associée à des changements dans la fonction pulmonaire, la bronchite chronique, la conjonctivite, l'emphysème, les infections respiratoires fréquentes, la gastrite, l'érosion de l'émail des dents, et peut-être un cancer des voies respiratoires.

Sécurité et risques

Mentions de danger Système général harmonisé de classification et d'étiquetage des produits chimiques (SGH)

Le Système général harmonisé de classification et d'étiquetage des produits chimiques (SGH) est un système convenu au niveau international, créé par les Nations Unies destiné à remplacer les différentes normes de classification et d'étiquetage utilisées dans les différents pays en utilisant des critères cohérents dans le monde entier (Nations United, 2015).

Les classes de danger (et son chapitre du SGH) correspondant aux normes de classification et d'étiquetage et des recommandations pour l'acide sulfurique sont les suivants (; Nations Unies pour 2015, l'Agence européenne des produits chimiques, 2017 PubChem, 2017):

Classes de danger de la SGA

H303: Peut être nocif en cas - ingestion (PubChem, 2017) [Avertissement Toxicité aiguë, par voie orale Catégorie 5].

H314: Provoque des brûlures de la peau et des lésions oculaires [Danger corrosion / irritation - Catégorie 1A, B, C] (PubChem, 2017).

H318: Provoque des lésions oculaires graves [Danger d'irritation des yeux / oculaires graves - Catégorie 1] (PubChem, 2017).

H330: Mortel par inhalation - (PubChem, 2017) [risque de toxicité aiguë, inhalation Catégorie 1, 2].

H370: Provoque des lésions organiques [organes cibles de la toxicité Danger, exposition unique - Catégorie 1] (PubChem, 2017).

H372: Provoque des lésions aux organes d'exposition prolongée ou répétée [Toxicité pour certains organes cibles de risque, l'exposition répétée - Catégorie 1] (PubChem, 2017).

H402: Nocif pour les organismes aquatiques [Dangereux pour l'environnement aquatique, danger aigu - Catégorie 3] (PubChem, 2017).

Codes des conseils prudentiels

P260, P264, P270, P271, P273, P280, P284, P301 + P330 + P331, P303 + P361 + P353, P304 + P340, P305 + P351 + P338, P307 + P311, P310, P312, P314, P320, P321, P363, P403 + P233, P405, P501 et (PubChem, 2017).

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