Металлы которые пассивируются концентрированными кислотами

Обновлено: 01.05.2024

Пассивация – это процедура покрытия поверхности металла тонкой устойчивой к коррозии пленкой с целью защиты изделия. Такое покрытие предупреждает контакт металлической основы с кислородом и агрессивными средами. В условиях современного производства пассивирование применяется для того, чтобы придать металлу свойства, которые делают его похожим на благородный. После обработки он не поддается окислению и прочим негативно воздействующим на него факторам.

Когда пленка образуется и закрепляется на металлической основе, химическая активность изделия значительно снижается. Все, кому доводится работать с металлоконструкциями и стальными изделиями, знают о необходимости и важности защиты такого рода. Специалисты “Металл Клинер” неоднократно сталкивались с ситуациями, когда на производстве наших клиентов эксплуатировались не подвергшиеся пассивации трубопроводы, емкости и резервуары, котельное и другие оборудования. Услуги по травлению и пассивации нержавеющей стали были оперативно оказаны, и наши эксперты настойчиво призывают своевременно обращать внимание на состояние эксплуатируемых изделий.

Пассивация металла: суть процесса

Что такое пассиватор металла

Пассивация осуществляется при помощи специальных средств, которые именуются “пассиваторами”. Во время процедуры металлическое изделие обрабатывается таким средством, после чего оно становится неактивным. Непосредственно пассиватор – это своеобразное препятствие к образованию на поверхности металла коррозийного слоя.

Этапы процедуры пассивации

Если вкратце, сам процесс состоит из 5 этапов:

Подготовка изделия: ошкурить со всех сторон, промыть обезжиривателем;
Смешивается электролитический раствор с содержанием пассиватора металлов;
Подключаются контакты от постоянного источника тока к самому изделию и резервуару (необходимо убедиться, что напряжение достаточное и не чрезмерное);
Заготовка подвергается воздействию на протяжении расчетного времени;
Выполняется дополнительная постобработка, которая сопровождается контролем качества и равномерности нанесенной оксидной защиты.

Механизм пассивации

Пассивация стали, железа и других металлов основана на методах, в основе которых лежит химические взаимодействие поверхностного слоя металла с разными растворами прочих металлов. В итоге на поверхности образуется пассивирующий слой, обладающий новыми химико-физическими характеристиками. Такой слой формирует надежный барьер, препятствующий окислению, за счет чего создается надежная защита от ржавчины.

Для химических реакций применяются различного рода металлы в зависимости от первичного материала детали. Чтобы придать ей новые специфические свойства, применяют следующие материалы для пассивации: хром, кобальт, никель и т. д. Исходя из их процентного содержания, готовится раствор и выбирается соответствующее оборудование.

К примеру, чтобы создать на поверхности стали надежную антикоррозийную пленку, используют оксид хрома. Осуществляется процедура хромирования, вследствие чего полностью изменяются физико-химические свойства поверхности. Если обработка была проведена правильно, то слой будет ровным и плотным.

Помимо этого для проведения процедуры используют различные кислоты для пассивации. В большинстве случаев раствор создается на базе азотной кислоты. Защитная пленка с высокими защитными свойствами на поверхности стали создается при помощи солей этого вещества.

Применение пассивации металла

С помощью технологии пассивирования можно:

Улучшить проводимость тока в области электрического контакта;
Предотвратить развитие и дальнейшее распространение ржавчины на поверхности материала;
Защитить сварочные швы (и другие места новообразованных соединений) от разрушения;
Выполнять микротравление в соответствии с подготовленными шаблонами;
Выполнять финишную обработку, изменять декоративные свойства изделия.

Проверка пассивации

После проведения технологического процесса проводится оценка качества нанесенного слоя. Для этого используют разные способы проверки. К примеру, химический метод: поверхность обрабатывается раствором ферроцианида калия в азотной кислоте. Процедура дает возможность выявить области некачественной обработки. В области, где полученный слой довольно тонкий или его вовсе нет, появляется синий оттенок. В основном данный метод используют в заводских лабораториях. С его помощью выборочно проверяют изделия готовой партии.

Второй способ более простой, но является достаточно длительным. Изделие помещается в обычную воду на длительное время. В конечном итоге в области некачественной обработки появится коррозия.

Виды пассивации

Химическое пассивирование

В процессе обработки применяются специальные химические реагенты. Нанесение пассивирующего слоя осуществляется методом окунания металла в наполненную раствором емкость или методом напыления. Ключевое преимущество такого способа – металл с покрытием Хим. Пас. становится более твердым.

«Металл Клинер» рекомендует к применению следующие средства для пассивации:

Электрохимическая пассивация

Металл обрабатывается кислыми растворами, солями, на него наносятся электролиты. В процессе обработки используется ток. Электролит нагревается. На поверхности детали образуются заряженные частицы, после чего они постепенно оседают. После правильного проведения процедуры на материале образуется стойкая, равномерно распределенная защитная пленка.

Преимущества пассивирования

Подвергнувшись пассивации, изделие приобретает следующие положительные свойства:

Создается слой, обладающий новыми химическими характеристиками;
Улучшается товарный вид, увеличиваются потребительские свойства;
Появляется блеск, внешний вид становится более эстетичным;
Снижается антикоррозийная активность;
Улучшаются физические характеристики поверхности материала;
Повышается механическая прочность.

Пассивация различных видов металлов

Пассивация нержавеющей стали

Такой вид обработки активно используется в области производства. Применение подхода такого рода обуславливается необходимостью тщательного обезжиривания поверхности изделия. При помощи этой технологии можно значительно увеличить защиту материала от внешних агрессивных факторов и длительность его эксплуатации.

Пассивация сварных швов нержавеющей стали

Проиллюстрированный (фото, видео) кейс нашей компании на производстве ОКБ "Гамма" можно увидеть в статье
"Как мы ускорили обработку сварных швов в 3 раза".

Нержавеющая сталь любого качества, даже самая высококачественная, может подвергнуться коррозии после сварки. Чаще всего коррозионные процессы на нержавеющей стали развиваются в районе сварных швов. Обработка сварных соединений, вследствие этого, становится одной из наиважнейших задач при работе с нержавейкой.

Пассивацию сварных швов нержавеющей стали наша компания рекомендует производить с использованием аппаратов для очистки сварных швов Steelguard. Электрохимические установки легки в использовании и качественно обрабатывают шов, придавая ему «зеркальность». Последнее стало возможным благодаря тому, что в аппаратах предусмотрена возможность электрохимической полировки.

Пассивация меди

В процессе обработки используются специальные растворы хрома. На медном основании достаточно сложно создать плотную защитную пленку и именно за счет таких растворов это становится возможным. Образуется плотный защитный слой, который в дальнейшем не стирается.

Пассивация алюминия

На алюминиевом материале в естественных условиях под действием кислорода создается прочная оксидная пленка. Большинство вспомнят опыт школьных годов на уроке химии: алюминиевая проволока опускается в ртуть, после чего с нее счищается небольшой слой при помощи надфиля. Далее обработанный конец вынимается из емкости с ртутью, и он на воздухе моментально покрывался так называемой “шубой”. Однако при атмосферном воздействии оксид алюминия не может образоваться так быстро, при этом пленка прозрачная, а ее толщина не превышает нескольких миллимикрон (ммк). Главный минус природной пленки заключается в том, что она неустойчива к длительному воздействию активных кислот и резкому повышению температуры.

Чтобы обеспечить стойкую защиту на изделии из алюминия, необходимо пройти процедуру анодирования, вследствие которой получаются защитные пленки (пассивный слой) толщиной 5-20 ммк. Некоторые режимы позволяют создать сверхпрочную пленку, которая способна выдерживать нагрузки в пределах 1500 кг на мм.

Пассивация серебра

Для защиты верхнего слоя серебра применяется обработка материала в хромпике, он же двухромовокислый калий. Для этого 60 г вещества разводится с 1 л кипяченой воды. Температура полученного раствора должна быть в пределах 25-40 градусов.

В процессе обработки серебряное изделие погружается в емкость с раствором на 30 минут. Раствор необходимо время от времени перемешивать. Если разведенного объема хромпика недостаточно для полного покрытия изделия (объемный серебряный канделябр и т. д.), то не следует практиковать попеременное обрабатывание его поверхности. Лучше всего развести реактив в необходимом для подходящего объема количестве воды.

Пассивация латуни

Пассивация латуни применяется для изделий, используемых при производстве оружия, в авиации, медицине. Хорошая устойчивость к коррозии и долговечность использования привлекает ювелиров и художников, а также светотехников.

Популярностью пользуется пассивирование латуни с приданием деталям золотистого цвета. Такой метод взяли на вооружение рыбаки, которые таким образом пассивируют блесны из латуни. Образующаяся на рыболовной снасти пленка устойчива и не пропускает влагу.

Пассивация хрома

В большинстве случаев используется для обработки оцинкованных деталей. Металлические изделия проходят обработку такого типа только в условиях специализированного производства, которое имеет системы водоотвода и очистки.

Пассивация трубопроводов

Подробнее о химической очистке трубопроводов и её этапах (обезжиривании, травлении и пассивации) читайте в статье "Очистка трубопроводов" в разделе "Услуги".

Во избежание разрушения нержавеющей стали, необходимо обязательно пассивировать следующие конструкции:

Трубные (зачастую обрабатываются с помощью сварки);
Контактирующие с соленой водой (такие больше всего подвержены риску разрушения);
С присутствием крепежей (здесь детали проходят механическую обработку).

Составы для пассивации

Каждый раствор – это добавки в сочетании с основным реагентом. Ключевую роль играют хроматы – это ангидрид, калий и натрий. Для создания подходящей среды необходимо смешать кислоты и соли – вместе они ускоряют течение реакции и способствуют равномерному осаждению полезных частиц.

Для обработки цветных металлов используются пассивирующие составы на основе натрия и калия. Чтобы создать кислую среду, к электролитам добавляют соли и кислоты, ускоряющие формирование защитной пленки и способствуют ее равномерному распределению по материалу.

Для пассивирования стали зачастую используются соль и азотная кислота. Медь обрабатывается серной кислотой, алюминий – фосфорной кислотой, а при пассивации цинка применяют добавки серной и азотной кислоты.

Заключение

При анализе основных причины образования коррозии на нержавеющей стали выясняется, что причиной этому является уничтожение на поверхности стали оксидной пленки естественного происхождения. Дополнительная защита материала – это его обработка такими кислотами, как: азотная, соляная, серная. После образования защитного слоя на металле, необходимо произвести нейтрализацию стали. Нейтрализатор смывается водой, а изделие вытирается насухо.

После обработки только грубейшее механическое повреждение полученного пассивирующего слоя спровоцирует запуск механизма коррозии.

Оставьте заявку, чтобы бесплатно получить быстрый расчет стоимости интересующей Вас услуги. Менеджеры ответят на любой Ваш вопрос!

Металлы которые пассивируются концентрированными кислотами

ОТНОШЕНИЕ МЕТАЛЛОВ К КИСЛОТАМ

Чаще всего в химической практике используются такие сильные кислоты как серная H ₂ SO ₄ , соляная HCl и азотная HNO ₃ . Далее рассмотрим отношение различных металлов к перечисленным кислотам.

Соляная кислота ( HCl )

Соляная кислота – это техническое название хлороводородной кислоты. Получают ее путем растворения в воде газообразного хлороводорода – HCl . Ввиду невысокой его растворимости в воде, концентрация соляной кислоты при обычных условиях не превышает 38%. Поэтому независимо от концентрации соляной кислоты процесс диссоциации ее молекул в водном растворе протекает активно:

Образующиеся в этом процессе ионы водорода H + выполняют роль окислителя, окисляя металлы, расположенные в ряду активности левее водорода. Взаимодействие протекает по схеме:

Me + HCl соль + H ₂ ↑

При этом соль представляет собой хлорид металла ( NiCl ₂ , CaCl ₂ , AlCl ₃ ), в котором число хлорид-ионов соответствует степени окисления металла.

Соляная кислота является слабым окислителем, поэтому металлы с переменной валентностью окисляются ей до низших положительных степеней окисления:

Fe 0 → Fe 2+

Co 0 → Co 2+

Ni 0 → Ni 2+

Cr 0 → Cr 2+

Mn 0 → Mn 2+ и др .

2 Al + 6 HCl → 2 AlCl ₃ + 3 H ₂ ↑

2│ Al 0 – 3 e - → Al 3+ - окисление

3│2 H + + 2 e - → H ₂ – восстановление

Соляная кислота пассивирует свинец ( Pb ). Пассивация свинца обусловлена образованием на его поверхности трудно растворимого в воде хлорида свинца ( II ), который защищает металл от дальнейшего воздействия кислоты:

Pb + 2 HCl → PbCl ₂ ↓ + H ₂ ↑

Серная кислота ( H ₂ SO ₄ )

В промышленности получают серную кислоту очень высокой концентрации (до 98%). Следует учитывать различие окислительных свойств разбавленного раствора и концентрированной серной кислоты по отношению к металлам.

Разбавленная серная кислота

В разбавленном водном растворе серной кислоты большинство ее молекул диссоциируют:

Образующиеся ионы Н + выполняют функцию окислителя.

Как и соляная кислота, разбавленный раствор серной кислоты взаимодействует только с металлами активными и средней активности (расположенными в ряду активности до водорода).

Химическая реакция протекает по схеме:

1│2Al 0 – 6e - → 2Al 3+ - окисление

Металлы с переменной валентностью окисляются разбавленным раствором серной кислоты до низших положительных степеней окисления:

Mn 0 → Mn 2+ и др .

Свинец ( Pb ) не растворяется в серной кислоте (если ее концентрация ниже 80%) , так как образующаяся соль PbSO ₄ нерастворима и создает на поверхности металла защитную пленку.

Концентрированная серная кислота

В концентрированном растворе серной кислоты (выше 68%) большинство молекул находятся в недиссоциированном состоянии, поэтому функцию окислителя выполняет сера, находящаяся в высшей степени окисления ( S +6 ). Концентрированная H ₂ SO ₄ окисляет все металлы, стандартный электродный потенциал которых меньше потенциала окислителя – сульфат-иона SO ₄ 2- (0,36 В). В связи с этим, с концентрированной серной кислотой реагируют и некоторые малоактивные металлы.

Процесс взаимодействия металлов с концентрированной серной кислотой в большинстве случаев протекает по схеме:

Me + H ₂ SO _{4 (конц.)} соль + вода + продукт восстановления H ₂ SO ₄

Продуктами восстановления серной кислоты могут быть следующие соединения серы:

Практика показала, что при взаимодействии металла с концентрированной серной кислотой выделяется смесь продуктов восстановления, состоящая из H ₂ S , S и SO _2. Однако, один из этих продуктов образуется в преобладающем количестве. Природа основного продукта определяется активностью металла: чем выше активность, тем глубже процесс восстановления серы в серной кислоте.

Взаимодействие металлов различной активности с концентрированной серной кислотой можно представить схемой:

Алюминий ( Al ) и железо ( Fe ) не реагируют с холодной концентрированной H ₂ SO ₄ , покрываясь плотными оксидными пленками, однако при нагревании реакция протекает.

Ag , Au , Ru , Os , Rh , Ir , Pt не реагируют с серной кислотой.

Концентрированная серная кислота является сильным окислителем, поэтому при взаимодействии с ней металлов, обладающих переменной валентностью, последние окисляются до более высоких степеней окисления, чем в случае с разбавленным раствором кислоты:

Fe 0 → Fe 3+ ,

Cr 0 → Cr 3+ ,

Mn 0 → Mn 4+ ,

Sn 0 → Sn 4+

Свинец ( Pb ) окисляется до двухвалентного состояния с образованием растворимого гидросульфата свинца Pb ( HSO ₄ )₂ .

Химическое и электрохимическое пассивирование металла для восстановления защитного оксидного слоя

Коррозионная стойкость нержавеющих сталей и других металлов строго зависит от состояния их поверхности и, в частности, от наличия или отсутствия на их поверхности слоя оксидов указанного пассивного слоя. Изменения, которые происходят на поверхности нержавеющей стали, определяются как явления пассивации. Если эти явления приводят к снижению скорости коррозии, то можно сказать, что на поверхности нержавеющей стали присутствует защитный слой пассивации.

Пассивный слой на поверхности нержавеющей стали имеет химический состав, который особенно отличается от его основного состава:

Около 65% Cr + оксид хрома;
Около 35% Fe + оксид железа.

Молибден и никель имеют очень низкий процент в пассивном слое.

Не всегда вмешательство пассивных явлений приводит к пассивным условиям. В случае нержавеющих сталей цветные оксидные пленки, которые наблюдаются во время фазы сварки, или черные чешуйки, которые образуются во время горячей прокатки, являются менее защищенными от поверхности оксидной пленки, которая образуется на поверхности металла.

Обычно защитный оксидный слой часто составляет около 1,5-2,5 нм и легко виден через специальные и дорогие микроскопы (ПЭМ). Термин "пассивация" происходит от того факта, что хром имеет сильное родство с кислородом. Когда сталь находится в контакте с обогащенной кислородом средой, хром очень химически активен и имеет тенденцию образовывать очень стабильные оксиды и гидроксиды. Эти соединения являются защитными, потому что они подавляют нежелательные реакции, которые могут привести к коррозии нержавеющей стали. Таким образом, коррозионная стойкость нержавеющей стали проистекает из того факта, что процент хрома в нем равен или превышает примерно 18%. Таким образом, нержавеющая сталь имеет возможность локально распределять некоторые частицы хрома по поверхности с образованием оксидов, которые повышают коррозионную стойкость нержавеющей стали. Пассивный слой, который образуется на поверхности нержавеющей стали, оснащен электронной проводимостью, после чего он может генерировать химические окислительно-восстановительные процессы с кислородом, которые могут остановить коррозийный контур.

Качество пассивного слоя

Процентное содержание хрома и других веществ, присутствующих в стали, является одним из параметров, влияющих на качество пассивного слоя. Сталь серии AISI 200 будет иметь более низкую коррозионную стойкость по сравнению с AISI 300, потому что, имея более низкую концентрацию никеля, не обладает способностью быстро восстанавливать пассивный слой после, например, процессов истирания и/или травления.

Другим ключевым параметром, определяющим качество пассивного слоя, является обработка поверхности нержавеющей стали. Очень часто для повышения коррозионной стойкости нержавеющая сталь электрохимически полируется. Этот процесс обеспечивает:

Микроструктуру зерна в пассивном слое, она становится гладкая и однородная;
Уменьшение шероховатости, которая предотвращает адгезию загрязнений на стальной поверхности;
Увеличение миграции атомов хрома на поверхность;
Увеличение толщины пассивного слоя за счет лучшего химического взаимодействия с кислородом в окружающей среде.

Если поверхность подверглась механическому истиранию (например, сатинированию):

Микроструктура не является однородной;
Это обеспечивает загрязнения абразивными веществами, которые сцепляются на поверхности, становясь точками для потенциальной питтинговой (точечной) коррозии;
Уменьшение толщины пассивного слоя.

Конструкция пассивного слоя также зависит от термодинамических характеристик (температура, окислительная среда и т.д.), которые позволяют регулировать пассивный слой для получения стабильного и долговечного слоя с течением времени.

Во время стандартной обработки качество пассивного слоя зависит от:

Чистого воздуха;
Чистой воды;
Пассивации в концентрированной азотной кислоте 5-30%.

Факторы, перечисленные выше, определяют время пассивации нержавеющей стали:

Наконец, качество пассивного слоя определяется процентным содержанием легирующих веществ внутри стали и термодинамическими условиями окружающей среды, способствующими образованию компактного и химически стабильного слоя. Время пассивации определяется различными средами, в которых сталь подвергается воздействию. Электрополировка нержавеющей стали – лучшая операция для получения однородной поверхности, свободной от загрязнений и пассивации.

Ниже представлен брелок из матовой нержавеющей стали, половина его обработана электрохимической полировкой в ванне.

Пассивация

В современном мире используется большое количество методов для предотвращения образования коррозии на поверхности разных видов металлов. Вещества, которые для этого применяются, покрывают поверхность тонкой пленкой, которая не дает металлам окисляться. По толщине защитная пленка быть разной. Она зависит от наносимого на металлы состава. Также для проведения процедуры защиты металлов от коррозии применяются методы, которые основаны на изменении их свойств. Пассивация относится именно к такой категории процессов.

Пассивация поверхностей

Практически все металлы являются достаточно прочными материалами. Однако на их структуру и общее состояние может повлиять обычный кислород или жидкость. Под влиянием агрессивной среды на поверхности металлических изделий скапливается налет, который представляет собой коррозию. Он опасен тем, что под его влиянием структура металла разрушается, и изделие из него становится непригодным для дальнейшего использования.

Ионы делятся на положительно заряженные и отрицательно заряженные. Во время прохождения через металл электрического тока положительно заряженные частицы стремятся к катоду, а отрицательно заряженные к аноду. Именно на аноде образуются оксиды металлов, которые и являются результатом расщепления верхнего металлического слоя. В итоге на поверхности обрабатываемого металла появляется очень тонкая защитная пленка, которая обладает уникальными защитными качествами.

Пассивация направлена на то, чтобы сделать активность металла меньше. Он становится пассивным и практически не подвергается влиянию окружающей среды.

В современных отраслях промышленности данная процедура является достаточно востребованной. Она помогает защищать металлические поверхности от появления коррозии. Процесс пассивации применяется в тех ситуациях, когда есть необходимость в тщательной подготовке поверхности для нанесения лакокрасочного покрытия. Также данная процедура является незаменимой на тех предприятиях, где металлическим предметам приходится очень часто осуществлять взаимодействие с агрессивной окружающей средой.

Пассивация металлов является полезной процедурой, которая делает эти вещества пассивными. Она позволяет им сохранять свои свойства на длительное время. Тонкая пленка обладает отличным уровнем защиты, который придает металлам дополнительную прочность и твердость.

Процесс пассивации

Процедуру пассивации можно осуществлять на производственных предприятиях или в домашних условиях.

Она состоит их нескольких этапов:

Перед любыми процедурами по защите металлических поверхностей от коррозии используется их подготовка. Она заключается в том, чтобы сделать поверхность максимально более чистой, чтобы наносимым на поверхность металлов веществам было легче проникать в их структуру. Для начала следует удалить с металла все загрязнения. Сделать это можно путем мыться и отшкуривания при помощи наждачной бумаги.

На втором этапе необходимо подготовить вещество, которое будет способствовать под воздействием небольшого тока образованию тонкой пленки, защищающей от коррозийного налета.

На данном этапе необходимо провести электрический ток с небольшим уровнем напряжения.

Важно: Для достижения наилучшего результата величина электрического напряжения не должна быть более двенадцати градусов.

Обработка металла после процедуры пассивации

На заключительном этапе проводится проверка металла на прочность. Поверяется его устойчивость к влиянию окружающей среды.

В настоящее время по способу проведения пассивации выделяются следующие виды пассивации:

Электрохимическая пассивация

Данный вид пассивации заключается в том, чтобы нанести на поверхность металла солей и кислых растворов наряду с электролитом. В итоге проведения данной процедуры на поверхности металла оседают заряженные частицы, которые образую тонкую пленку, обеспечивающую надежную защиту от коррозии.

Химическая пассивация

Данная процедура подразумевает обработку металлов химическими реагентами, которые образуют на их поверхности защитную пленку. Для этого применяются растворы, которые состоят из никеля, хрома и других элементов. Они делают структуру металла более плотной и твердой.

Пассивация металла

По видам металлов пассивация может быть представлена такими процессами, как:

Пассивация стали

Данный вид пассивации применяется на многочисленных производственных предприятиях. Он дает возможность после обезжиривания поверхности наносить на поверхность металла активных веществ, которые сделают металла пассивным. Изделия из обработанной таким образом стали получаются прочными долговечными.

Видео пассивации стали.

Для данного вида пассивации характерно использование растворов, сделанных на основе хрома. Данное вещество образует на поверхности плотную пленку, которая делает металла более прочным.

Пассивация цинков

В настоящее время не редко используется пассивации цинка. Стоит отметить, что во время данной процедуры необходимо быть предельно внимательным, чтобы пленка покрытия была максимально тонкой. Это нужно по той причине, что у цинковых изделий толщина материала итак не относится к разряду больших. Если пленка будет толстой, то толщина металла еще уменьшится.

Видео пассивации цинков.

Пассивация железа

Железо является одним из самых известных металлов, которые подвержены образованию на их поверхности коррозии. Именно по этой причине для защиты изделий из данного материала рекомендуется использовать специализированные методы. Пассивация данного металла проводится в растворе серной кислоты. В результате на поверхности металла образуется тонкая защитная пленка.

Статьи по теме

Антикоррозионные средства

Антикоррозионные пигменты классифицируются на: цинковые крона, алюминий три-полифосфаты и слюдянистую окись железа.

Пассивирование

Пассив и рование, пассивация металлов , переход поверхности металла в пассивное состояние, при котором резко замедляется коррозия.

Серная кислота

Серная кислота H₂SO₄ – это сильная кислота, двухосновная, прочная и нелетучая. При обычных условиях серная кислота – тяжелая маслянистая жидкость, хорошо растворимая в воде.

Растворение серной кислоты в воде сопровождается выделением значительного количества кислоты. Поэтому по правилам безопасности в лаборатории при смешивании серной кислоты и воды мы добавляем серную кислоту в воду небольшими порциями при постоянном перемешивании.

Валентность серы в серной кислоте равна VI.

Способы получения

1. Серную кислоту в промышленности производят из серы, сульфидов металлов, сероводорода и др. Один из вариантов — производство серной кислоты из пирита FeS₂.

Основные стадии получения серной кислоты :

Сжигание или обжиг серосодержащего сырья в кислороде с получением сернистого газа.
Очистка полученного газа от примесей.
Окисление сернистого газа в серный ангидрид.
Взаимодействие серного ангидрида с водой.

Рассмотрим основные аппараты, используемые при производстве серной кислоты из пирита (контактный метод):

В контактном аппарате производится окисление сернистого газа до серного ангидрида. Процесс является обратимым. Поэтому необходимо выбрать оптимальные условия протекания прямой реакции (получения SO₃):

температура: оптимальной температурой для протекания прямой реакции с максимальным выходом SO₃ является температура 400-500 о С. Для того чтобы увеличить скорость реакции при столь низкой температуре в реакцию вводят катализатор – оксид ванадия (V) V₂O₅.
давление: прямая реакция протекает с уменьшением объемов газов. Для смещения равновесия вправо процесс проводят при повышенном давлении.

Однако, если для поглощения оксида серы использовать воду, то образуется серная кислота в виде тумана, состоящего из мельчайших капелек серной кислоты. Для того, чтобы не образовывался сернокислотный туман, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: H₂SO₄·nSO₃.

Общие научные принципы химического производства:

Непрерывность.
Противоток
Катализ
Увеличение площади соприкосновения реагирующих веществ.
Теплообмен
Рациональное использование сырья

Химические свойства

Серная кислота – это сильная двухосновная кислота .

1. Серная кислота практически полностью диссоциирует в разбавленном в растворе по первой ступени:

По второй ступени серная кислота диссоциирует частично, ведет себя, как кислота средней силы:

HSO₄ – ⇄ H + + SO₄ 2–

2. Серная кислота реагирует с основными оксидами, основаниями, амфотерными оксидами и амфотерными гидроксидами.

Например , серная кислота взаимодействует с оксидом магния:

Еще пример : при взаимодействии серной кислоты с гидроксидом калия образуются сульфаты или гидросульфаты:

Серная кислота взаимодействует с амфотерным гидроксидом алюминия:

3. Серная кислота вытесняет более слабые из солей в растворе (карбонаты, сульфиды и др.). Также серная кислота вытесняет летучие кислоты из их солей (кроме солей HBr и HI).

Например , серная кислота взаимодействует с гидрокарбонатом натрия:

Или с силикатом натрия:

Концентрированная серная кислота реагирует с твердым нитратом натрия. При этом менее летучая серная кислота вытесняет азотную кислоту:

Аналогично – концентрированная серная кислота вытесняет хлороводород из твердых хлоридов, например , хлорида натрия:

4. Т акже серная кислота вступает в обменные реакции с солями.

Например , серная кислота взаимодействует с хлоридом бария:

5. Разбавленная серная кислота взаимодействует с металлами, которые расположены в ряду активности металлов до водорода. При этом образуются соль и водород.

Например , серная кислота реагирует с железом. При этом образуется сульфат железа (II):

Серная кислота взаимодействует с аммиаком с образованием солей аммония:

Концентрированная серная кислота является сильным окислителем . При этом она обычно восстанавливается до сернистого газа SO₂. С активными металлами может восстанавливаться до серы S, или сероводорода Н₂S.

Железо Fe, алюминий Al, хром Cr пассивируются концентрированной серной кислотой на холоде. При нагревании реакция возможна.

При взаимодействии с неактивными металлами концентрированная серная кислота восстанавливается до сернистого газа:

При взаимодействии с щелочноземельными металлами и магнием концентрированная серная кислота восстанавливается до серы:

При взаимодействии с щелочными металлами и цинком концентрированная серная кислота восстанавливается до сероводорода:

6. Качественная реакция на сульфат-ионы – взаимодействие с растворимыми солями бария. При этом образуется белый кристаллический осадок сульфата бария:

BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄ ↓ + 2NaCl

Видеоопыт взаимодействия хлорида бария и сульфата натрия в растворе (качественная реакция на сульфат-ион) можно посмотреть здесь.

7. Окислительные свойства концентрированной серной кислоты проявляются и при взаимодействии с неметаллами.

Например , концентрированная серная кислота окисляет фосфор, углерод, серу. При этом серная кислота восстанавливается до оксида серы (IV):

Уже при комнатной температуре концентрированная серная кислота окисляет галогеноводороды и сероводород:

Читайте также: