Для чего используется серная кислота: где применяется и зачем нужна

Серную кислоту производят в огромных количествах, а мы встречаемся каждый день с тем, для чего она нужна: удобрениями, моющими средствами, лекарствами, автомобильным аккумулятором. Разберём, для чего используется серная кислота: от заводов до школьной пробирки.

Что это за вещество

Формула серной кислоты — H₂SO₄. В концентрированном виде это тяжёлая бесцветная маслянистая жидкость, почти вдвое плотнее воды. Раньше её называли купоросным маслом: купоросами называют сульфаты металлов, например медный купорос.

Серная кислота двухосновная: в её молекуле два атома водорода, которые могут замещаться металлом. Поэтому она образует два ряда солей — средние (сульфаты) и кислые (гидросульфаты).

От трёх свойств зависит почти всё применение серной кислоты:

• она сильная кислота: реагирует с металлами, основаниями, оксидами и солями;
• концентрированная жадно забирает воду — из воздуха, из газов и даже из органических веществ;
• при смешивании с водой сильно нагревается.

Разбавленная и концентрированная: в чём разница

Когда говорят о серной кислоте, важно понимать, о какой именно речь. Концентрированная — это около 96–98% кислоты и совсем немного воды. Для неё характерны водоотнимающие и окисляющие свойства, и обращаться с ней можно только на производстве или в оборудованной лаборатории.

Разбавленная — это раствор кислоты в воде. В учебных наборах её доля составляет единицы процентов. Такой раствор ведёт себя как обычная сильная кислота: растворяет активные металлы, нейтрализует щёлочи, разлагает карбонаты. Ожог и порчу вещей он тоже вызвать может, но действует намного мягче.

Для чего нужна серная кислота в промышленности

Больше всего серной кислоты уходит на минеральные удобрения. Из неё и природных фосфатов делают суперфосфат, а в соединении с аммиаком получается сульфат аммония — азотное удобрение.

Остальное применение тоже обширное:

• металлургия — стальной прокат травят кислотой, чтобы снять окалину и ржавчину перед покраской или нанесением покрытия;
• нефтепереработка — кислота нужна для очистки некоторых нефтепродуктов;
• химическая промышленность — красители, пластмассы, химические волокна, синтетические моющие средства и лекарственные вещества;
• производство солей — из серной кислоты получают сульфаты, например сульфат меди и сульфат алюминия, который применяют при очистке воды;
• осушение газов — концентрированная кислота забирает воду, поэтому ею осушают газы в лабораториях и на производстве;
• аккумуляторы — в свинцовых аккумуляторах электролитом служит водный раствор серной кислоты.

Где используется серная кислота в быту

Концентрированная серная кислота в быту почти не встречается, а вот её раствор есть в каждом автомобильном аккумуляторе. Поэтому аккумулятор нельзя вскрывать и разбирать самостоятельно.

Остальные встречи с серной кислотой скрыты в цепочке производства. Удобрения на огороде, ткани из искусственных волокон, стиральный порошок, часть лекарств — для многих из них серную кислоту применяют на одном из этапов. В готовом продукте её уже нет.

Есть у серной кислоты и обратная сторона. Сернистый газ, который образуется при сжигании угля и нефти, окисляется в атмосфере и вместе с водой даёт серную кислоту. Так появляются кислотные дожди, поэтому на заводах и электростанциях ставят очистку выбросов.

Где применяется серная кислота в школьной лаборатории

На уроках химии с серной кислотой знакомятся на примере разбавленного раствора. Он участвует в реакциях из школьной программы:

• с цинком или магнием выделяется водород — пузырьки видны сразу;
• с содой выделяется углекислый газ, раствор «шипит»;
• со щёлочью идёт реакция нейтрализации, её удобно отслеживать по индикатору;
• с хлоридом бария выпадает белый осадок сульфата бария — так распознают сульфат-ионы.

Среду раствора проверяют индикаторами: лакмус в кислоте краснеет, метилоранж становится красным, а фенолфталеин остаётся бесцветным. Это самый наглядный способ убедиться, что в пробирке действительно кислота, и заодно увидеть момент нейтрализации — тот, когда окраска индикатора меняется.

Концентрированная кислота — это демонстрации у учителя в защитной одежде. Она обугливает сахар, бумагу и древесину, потому что отнимает у них воду: в этих веществах есть водород и кислород в тех же пропорциях, что в воде, и кислота «вытягивает» их, оставляя чёрный углерод. Дома с ней не экспериментируют.

Для учебных опытов в каталоге «Химички» есть готовый раствор: серная кислота 7%, 65 мл. Процент в названии раствора обычно означает массовую долю: в 100 граммах семипроцентного раствора около 7 граммов кислоты, остальное — вода. Разбавлять концентрат самостоятельно не нужно.

Безопасность

Даже разбавленная серная кислота — не игрушка. Она раздражает кожу и глаза, портит ткань, дерево и металл. Правила простые:

• работайте в защитных очках и перчатках, в закрытой одежде;
• проводите опыты вместе со взрослым;
• берите минимальные количества — несколько капель или миллилитров, как указано в описании опыта;
• занимайтесь в проветриваемом помещении на столе, который не жалко испортить;
• ничего не пробуйте на вкус и не нюхайте, наклоняясь к ёмкости;
• брызги на коже сразу смывайте большим количеством воды; при попадании в глаза промойте их водой и обратитесь к врачу;
• храните реактивы вне досягаемости детей, в закрытой подписанной посуде, подальше от еды и напитков;
• не переливайте кислоту в пищевую посуду и бутылки из-под напитков.

Приготовление раствора из концентрата — задача для лаборатории, а не для кухни. Кислоту приливают в воду, а не наоборот: смесь сильно разогревается и может разбрызгаться.

Часто задаваемые вопросы

Итог

Серная кислота — одно из главных веществ химической промышленности: она нужна для удобрений, металлов, красителей, пластмасс и аккумуляторов. В школьной лаборатории её используют в разбавленном виде, чтобы показать свойства кислот на понятных реакциях. И в промышленности, и в пробирке главное правило одно: уважение к веществу, очки на глазах и взрослый рядом.