황산 (H2SO4) : 특성, 구조 및 용도 - 화학 - 2026

황산 (H ₂ SO ₄₎ 인 액상 유성 무색 화학 화합물의 열 방출과 함께 물에 용해 및 금속 직물 부식성. 나무와 대부분의 유기물이 접촉하면 탄화되지만 화재를 일으키지는 않습니다.

황산은 아마도 모든 중공업 화학 물질 중에서 가장 중요한 물질이며 그 소비는 국가 경제의 일반적인 상태를 나타내는 지표로 여러 번 인용되었습니다.

황산 96 % 추가 순수

저농도에 장기간 노출되거나 고농도에 단기간 노출되면 건강에 악영향을 미칠 수 있습니다. 황산의 가장 중요한 용도는 인산염 비료 산업입니다.

다른 중요한 응용 분야는 석유 정제, 안료 생산, 강철 산 세척, 비철금속 추출 및 폭발물, 세제, 플라스틱, 인공 섬유 및 의약품 제조입니다.

황산의 선조 인 Vitriol

중세 유럽에서 황산은 연금술사에 의해 vitriol, vitriol oil 또는 vitriol liquor로 알려졌습니다. 가장 중요한 화학 물질로 여겨져 철학자의 돌로 쓰려고했습니다.

황산 골격 공식

이미 Sumerians는 다양한 유형의 vitriol 목록을 가지고 있습니다. 또한 그리스 의사 인 Dioscorides와 Pliny the Elder 인 Galen은 의료 용도를 높였습니다.

왼쪽 : 1771 년 Joseph Wright의«The Alchemist, in search of the Philosopher 's Stone»/ 오른쪽 : 연금술사 모토 인“Visit interiora terrae; rectifying invenies occultum lapidem”(“지구의 안쪽 부분을 방문하여 정류하면 숨겨진 돌을 찾을 수 있습니다”). Stolzius von Stolzembuirg, Theatrum Chymicum, 1614 년

헬레니즘 연금술 작품에서 vitriolic 물질의 야금 학적 용도는 이미 언급되었습니다. Vitriol은 황산을 얻을 수있는 유리질 미네랄 그룹을 말합니다.

공식

-공식 : H ₂ SO ₄

-번호 Cas : 7664-93-9

화학 구조

2D에서

황산

3D에서

황산 / 볼 및로드 분자 모델

황산 / 구체의 분자 모델

형질

물리 화학적 특성

황산은 강한 산화성 산의 반응성 그룹에 속합니다.

공기 및 물과의 반응

-산도가 80 ~ 90 % 이상이 아니면 물과의 반응은 미미하며 가수 분해열이 극심하여 심한 화상을 입을 수 있습니다.

연소성

-강산 화성 산은 일반적으로 불연성입니다. 그들은 연소 부위에 산소를 공급함으로써 다른 물질의 연소를 가속화 할 수 있습니다.

-그러나 황산은 반응성이 높고 접촉시 미분 된 가연성 물질을 발화시킬 수 있습니다.

-가열되면 매우 독성이 강한 연기를 방출합니다.

-폭발성이거나 다양한 물질과 호환되지 않습니다.

-고온 고압에서 격렬한 화학적 변화를 겪을 수 있습니다.

-물과 격렬하게 반응 할 수 있습니다.

반동

-황산은 강산성입니다.

-5 불화 브롬과 격렬하게 반응 함.

-80 ° C에서 파라-니트로 톨루엔으로 폭발합니다.

-수분이 함유 된 용기에서 농축 황산과 결정질 과망간산 칼륨을 혼합하면 폭발이 발생합니다. 망간 헵톡 사이드가 형성되어 70 ° C에서 폭발합니다.

-아크릴로 니트릴과 진한 황산의 혼합물은 잘 냉장 보관해야합니다. 그렇지 않으면 격렬한 발열 반응이 발생합니다.

-황산 (96 %)을 아세토 니트릴, 아크롤레인, 2- 아미노 에탄올, 수산화 암모늄 (28 %), 아닐린, n- 부 티르 알데히드와 같은 비율로 혼합하면 온도 및 압력 상승 , 클로로 설 폰산, 에틸렌 디아민, 에틸렌 이민, 에피 클로로 히 드린, 에틸렌 시아 노히 드린, 염산 (36 %), 불산 (48.7 %), 프로필렌 옥사이드, 수산화 나트륨, 스티렌 단량체.

-황산 (농축)은 탄화물, 브롬산염, 염소산염, 프라이밍 물질, 파이 크레이트 및 분말 금속과 접촉하면 매우 위험합니다.

-염화 알릴의 격렬한 중합 반응을 일으키고 차아 염소산 나트륨과 발열 반응을 일으켜 염소 가스를 생성 함.

-클로로 황산과 98 % 황산을 혼합하여 HCl을 얻습니다.

독성

-황산은 모든 신체 조직을 부식시킵니다. 증기를 흡입하면 심각한 폐 손상을 일으킬 수 있습니다. 눈에 닿으면 시력을 완전히 잃을 수 있습니다. 피부와의 접촉은 심각한 괴사를 일으킬 수 있습니다.

-농축 화학 물질 1 티스푼에서 0.5 온스 사이의 양으로 황산을 섭취하면 성인에게 치명적일 수 있습니다. 산이 기관으로 들어가면 몇 방울이라도 치명적일 수 있습니다.

-만성 노출은 기관지염, 구내염, 결막염 및 위염을 유발할 수 있습니다. 위 천공 및 복막염이 발생할 수 있으며 이후 순환 붕괴가 발생할 수 있습니다. 순환 쇼크는 종종 즉각적인 사망 원인입니다.

-만성 호흡기 질환, 위장 질환, 신경 질환, 눈 및 피부 질환이있는 사람은 위험이 더 높습니다.

응용

-황산은 세계에서 가장 널리 사용되는 산업용 화학 물질 중 하나입니다. 그러나 대부분의 용도는 간접적 인 것으로 간주되어 성분이 아닌 시약으로 참여할 수 있습니다.

-대부분의 황산은 다른 화합물의 생산에 사용 된 산 또는 일부 유형의 황산염 잔류 물로 끝납니다.

-많은 제품에 유황 또는 황산이 포함되어 있지만 거의 모두 특수 저용량 제품입니다.

-2014 년에 생산 된 황산의 약 19 %가 약 20 개의 화학 공정에서 소비되고 나머지는 다양한 산업 및 기술 응용 분야에서 소비되었습니다.

-전 세계적으로 황산에 대한 수요 증가는 감소하는 순서로 인산, 이산화 티타늄, 불화 수소산, 황산 암모늄 및 우라늄 가공 및 야금 응용 분야에서 발생합니다.

간접

-황산의 최대 소비국은 비료 산업입니다. 2014 년 세계 총 소비량의 58 %를 약간 넘었습니다. 그러나이 비율은 주로 다른 화학 및 산업 응용 분야의 높은 성장으로 인해 2019 년에는 약 56 %로 감소 할 것으로 예상됩니다.

-인산 비료 재료, 특히 인산의 생산은 황산의 주요 시장입니다. 또한 과인산 삼중, 일 인산 및 인산이 암모늄과 같은 비료 재료의 제조에도 사용됩니다. 과인산 염과 황산 암모늄의 생산에는 더 적은 양이 사용됩니다.

-다른 산업 분야에서 상당한 양의 황산이 산 탈수 반응 매질, 질화, 축합 및 탈수와 같은 반응을 포함하는 유기 화학 및 석유 화학 공정과 정제에 사용됩니다. 원유 증류 액의 정제, 알킬화 및 정제에 사용되는 석유.

-무기 화학 산업에서 TiO2 안료, 염산 및 불화 수소산 생산에 사용됩니다.

-금속 가공 산업에서 황산은 강의 산세, 광물의 습식 제련 공정에서 구리, 우라늄 및 바나듐 광석의 침출, 그리고 정제 및 도금을위한 전해조 준비에 사용됩니다. 비철금속.

-제지 산업, 일부 직물 생산, 화학 섬유 제조 및 가죽 태닝에서 목재 펄프 제조의 특정 공정에도 황산이 필요합니다.

곧장

-유황이 최종 제품에 포함되는 황산의 가장 큰 용도는 유기 설 폰화 공정, 특히 세제 생산에 사용됩니다.

-술 폰화는 다른 유기 화학 물질과 소량의 의약품을 얻는데도 중요한 역할을합니다.

-납 축전지는 가장 잘 알려진 황산 함유 소비재 중 하나로서 총 황산 소비량의 극히 일부만을 차지합니다.

-특정 조건에서 황산은 미국 서부 사막 지역에서 발견되는 것과 같은 고 알칼리성 토양의 재생을 위해 농업에 직접 사용됩니다. 그러나이 사용은 사용 된 황산의 총 부피 측면에서 그다지 중요하지 않습니다.

황산 산업의 발전

Vitriol 공정

청색 비 트리 올을 형성하는 황산구리 (II) 결정

황산을 얻는 가장 오래된 방법은 천연 유래의 다양한 유형의 황산염 인 vitriols의 열분해를 기반으로하는 소위 "vitriol 공정"입니다.

페르시아 연금술사 인 Jābir ibn Hayyān (Geber, 721-815 AD), Razi (865-925 AD), Jamal Din al-Watwat (1318 AD)는 광물 분류 목록에 vitriol을 포함했습니다.

"비 트리 올 과정"에 대한 첫 번째 언급은 Jabir ibn Hayyan의 저술에 나타납니다. 그런 다음 연금술사 Saint Albert the Great와 Basilius Valentinus는 그 과정을 더 자세히 설명했습니다. 명반과 칼칸 타이트 (청색 vitriol)가 원료로 사용되었습니다.

중세 말기에 황산은 유리 용기에서 소량으로 얻어졌으며, 습한 환경에서 황은 질산염으로 연소되었습니다.

vitriol 공정은 황산에 대한 수요 증가로 인해 16 세기부터 산업 규모로 사용되었습니다.

노르 드 하우젠의 비 트리 올

생산의 초점은 황산 철 (II)가 사용 된 위치 (녹색 신랄한 비평, 병용했을, (이있는 신랄한 비평은 "Nordhausen의 신랄한 비평"라고 시작하는 이유) Nordhausen의 독일 도시에 있었다 ₄ - 7H ₂ O) 가열하고 생성 된 삼산화황을 물과 혼합하여 황산 (유리 유의 오일)을 얻었다.

이 과정은 더 많은 양의 vitriol 오일을 얻기 위해 여러 수준을 병렬로 갖는 갤리에서 수행되었습니다.

vitriol 생산에 사용되는 갤리

리드 챔버

18 세기에는 "리드 챔버 공정"으로 알려진 황산 생산을위한보다 경제적 인 공정이 개발되었습니다.

그때까지 얻은 산의 최대 농도는 78 % 였고, "비 트리 올 공정"으로 농축 된 산과 올륨을 얻었 기 때문에이 방법은 "공정의"가 나타날 때까지 산업의 특정 분야에서 계속 사용되었습니다. 1870 년에 "접촉"하여 농축산을 더 저렴하게 얻을 수있었습니다.

Oleum 또는 발연 황산 (CAS : 8014-95-7)은 식 H ₂ SO ₄ 로 설명 할 수있는 삼산화황과 황산의 다양한 조성을 가진 유성 농도와 짙은 갈색의 용액입니다 . xSO ₃ (여기서 x는 황산화물 (VI)의 자유 몰 함량을 나타냄). x 값이 1이면 이황 산 (또는 피로 황산)에 해당하는 실험식 H ₂ S ₂ O ₇ 을 제공합니다.

방법

리드 챔버 공정은 "접촉 공정"으로 대체되기 전에 황산을 대량으로 생산하는 데 사용되는 산업적 방법이었습니다.

1746 년 영국 버밍엄에서 John Roebuck은 납이 깔린 챔버에서 황산을 생산하기 시작했는데, 이는 이전에 사용 된 유리 용기보다 더 강하고 저렴하며 훨씬 더 크게 만들 수 있습니다.

이산화황 (황철석과 같은 황을 포함하는 금속 광물 또는 원소 황의 연소에서 발생)은 납 시트가 늘어선 대형 챔버에 증기와 질소 산화물과 함께 도입되었습니다.

이산화황과 이산화질소는 용해되었고 약 30 분에 걸쳐 이산화황은 황산으로 산화되었다.

이것은 황산 생산의 효과적인 산업화를 가능하게했으며 다양한 개선을 통해이 공정은 거의 2 세기 동안 표준 생산 방법으로 남아있었습니다.

1793 년에 Clemente와 Desormes는 추가 공기를 리드 챔버 공정에 도입하여 더 나은 결과를 얻었습니다.

1827 년 Gay-Lussac은 리드 챔버의 폐가스에서 질소 산화물을 흡수하는 방법을 도입했습니다.

1859 년 Glover는 뜨거운 가스로 스트리핑하여 새로 형성된 산에서 질소 산화물을 회수하는 방법을 개발하여 질소 산화물 촉매 공정을 지속적으로 수행 할 수있게했습니다.

1923 년 Petersen은 1950 년대까지 접촉 프로세스와 경쟁 할 수 있도록 개선 된 타워 프로세스를 도입했습니다.

챔버 공정은 매우 견고 해져 1946 년에도 여전히 전 세계 황산 생산량의 25 %를 차지했습니다.

현재 생산 : 접촉 프로세스

접촉 공정은 현대 산업 공정에 필요한 고농도 황산을 생산하는 현재 방법입니다. 백금은이 반응의 촉매로 사용되었습니다. 그러나 오산화 바나듐 (V2O5)이 현재 선호됩니다.

1831 년 영국 브리스톨에서 Peregrine Phillips는 고온에서 백금 촉매를 사용하여 이산화황을 삼산화황으로 산화시키는 것에 대한 특허를 받았습니다.

그러나 그의 발명의 채택과 접촉 공정의 집중적 인 발전은 1872 년경 이후 염료 제조를위한 올름 수요가 증가한 이후에 시작되었습니다.

다음으로 더 나은 고체 촉매를 찾고 SO2 / SO3 평형의 화학 및 열역학을 조사했습니다.

연락 프로세스는 5 단계로 나눌 수 있습니다.

1. 이산화황을 형성하기위한 황과 이산 소 (O2)의 조합.
2. 정화 장치에서 이산화황의 정제.
3. 450 ° C의 온도 및 1-2 atm의 압력에서 바나듐 오산화 촉매의 존재하에 과량의 이산화황에 이산화황에 첨가.
4. 형성된 삼산화황은 올륨 (이황 산)을 제공하는 황산에 첨가됩니다.
5. 그런 다음 올륨을 물에 첨가하여 고농축 황산을 형성합니다.

황철석을 원료로하는 접촉법에 의한 황산 생산 방안

산화 질소 공정 (리드 챔버 공정 중)의 근본적인 단점은 얻어지는 황산의 농도가 최대 70 ~ 75 %로 제한되는 반면 접촉 공정은 농축 된 산을 생성한다는 것입니다 (98 %).

접촉 공정을위한 상대적으로 저렴한 바나듐 촉매의 개발과 농축 황산에 대한 수요 증가와 함께 질소 산화물 가공 공장에서 전 세계 황산 생산이 꾸준히 감소했습니다.

1980 년까지 서유럽과 북미의 질소 산화물 처리 공장에서는 거의 산이 생산되지 않았습니다.

이중 접촉 프로세스

이중 접촉 이중 흡수 공정 (DCDA 또는 이중 접촉 이중 흡수)은 황산 생산을위한 접촉 공정을 개선했습니다.

1960 년 바이엘은 소위 이중 촉매 과정에 대한 특허를 신청했습니다. 이 프로세스를 사용하는 첫 번째 공장은 1964 년에 시작되었습니다.

통합함으로써 예비 SO ₃ 흡수 단계 의 최종 접촉 단계 전에, 향상된 접촉 과정 SO 크게 증가 허용 ₂ 변환을 실질적으로 대기로의 배출을 감소시킨다.

가스는 SO에서 높은 전환 효율뿐만 아니라, 수득 최종 흡수 칼럼을 다시 통과 ₂ 에 SO ₃ (99.8 %.의 정도)를, 또한 높은 농도의 생산을 허용 황산.

이 과정과 일반적인 접촉 과정의 근본적인 차이점은 흡수 단계의 수에 있습니다.

1970 년대부터 주요 선진국은 환경 보호를위한보다 엄격한 규정을 도입했으며 이중 인수 프로세스는 새로운 공장에서 더욱 널리 퍼졌습니다. 그러나 기존의 접촉 프로세스는 환경 표준이 덜 엄격한 많은 개발 도상국에서 여전히 사용됩니다.

접촉 공정의 현재 개발에 대한 주요 원동력은 공정에서 생성 된 다량의 에너지의 회수 및 활용을 높이는 데 초점을 맞추고 있습니다.

사실, 현대의 대규모 황산 공장은 화학 공장뿐만 아니라 화력 발전소로도 볼 수 있습니다.

황산 생산에 사용되는 원료

황철석

황철석은 20 세기 중반까지 정유 공정과 천연 가스 정제 과정에서 다량의 원소 유황이 회수되기 시작하여 주원료가되기까지 황산 생산의 주된 원료였습니다. 업계 프리미엄.

이산화황

현재 이산화황은 다양한 원료에서 다양한 방법으로 얻습니다.

미국에서이 산업은 20 세기 초부터 "Frasch Process"에 의해 지하 매장지에서 원소 황을 얻는 데 기반을두고 있습니다.

적당히 농축 된 황산은 다른 산업 공정의 부산물로 얻은 다량의 황산을 재 농축 및 정제하여 생산됩니다.

재활용

이 산의 재활용은 특히 주요 선진국에서 환경 적 관점에서 점점 더 중요 해지고 있습니다.

원소 황과 황철석을 기반으로 한 황산의 제조는 물론 이러한 물질에서 생산 된 산이 주요 제품을 나타 내기 때문에 시장 조건에 상대적으로 민감합니다.

반대로 황산이 다른 공정에서 폐기물을 제거하는 수단으로 제조되는 부산물 인 경우, 생산 수준은 황산 시장의 조건에 의해 결정되지 않고 주요 제품.

임상 적 효과

-황산은 산업 및 욕실 세제와 같은 일부 가정용 청소 제품에 사용됩니다. 배터리에도 사용됩니다.

-특히 고농축 제품을 과도하게 섭취하면 심각한 부상과 사망을 초래할 수 있습니다. 이러한 섭취 노출은 미국에서는 드물지만 세계의 다른 지역에서는 흔합니다.

-조직 손상 및 단백질 응고를 일으키는 강산입니다. 피부, 눈, 코, 점막, 호흡기 및 위장관 또는 접촉하는 모든 조직을 부식시킵니다.

-부상의 정도는 접촉의 농도와 지속 시간에 따라 결정됩니다.

-낮은 노출 (농도 10 % 미만)은 피부, 상부 호흡기 및 위장 점막에만 자극을줍니다.

-급성 흡입 노출의 호흡 효과는 다음과 같습니다 : 코와 목의 자극, 기침, 재채기, 반사성 기관지 연축, 호흡 곤란 및 폐부종. 갑작스런 순환 붕괴, 성문 부종 및기도 침범 또는 급성 폐 손상으로 사망 할 수 있습니다.

-황산 섭취는 즉각적인 상복부 통증, 메스꺼움, 타액 분비 및 "커피 찌꺼기"처럼 보이는 점액 성 또는 출혈성 물질의 구토를 유발할 수 있습니다. 때때로 신선한 혈액의 구토가 관찰됩니다.

-농황산을 섭취하면 식도 부식, 괴사 및 식도 또는 위, 특히 유문에 천공이 발생할 수 있습니다. 때때로 소장의 손상이 보입니다. 나중에 합병증에는 협착과 누공 형성이 포함될 수 있습니다. 섭취 후 대사성 산증이 발생할 수 있습니다.

-괴사 및 흉터로 심한 피부 화상이 발생할 수 있습니다. 신체 표면의 충분한 면적이 영향을 받으면 치명적일 수 있습니다.

-눈은 특히 부식 부상에 민감합니다. 저농도의 황산에서도 자극, 찢어짐 및 결막염이 발생할 수 있습니다. 황산이 고농도로 튀면 각막 화상, 시력 상실 및 때때로 지구의 천공이 발생합니다.

-만성 노출은 폐 기능의 변화, 만성 기관지염, 결막염, 폐기종, 빈번한 호흡기 감염, 위염, 치아 법랑질 침식 및기도 암과 관련이있을 수 있습니다.

안전 및 위험

GHS (Globally Harmonized System of Classification and Labeling of Chemicals)의 위험 문구

GHS (Globally Harmonized System of Classification and Labeling of Chemicals)는 국제적으로 합의 된 시스템으로, 국제적으로 일관된 기준 (Nations 국가, 2015).

위험 등급 (및 해당 GHS 장), 분류 및 표시 표준, 황산에 대한 권장 사항은 다음과 같습니다 (European Chemicals Agency, 2017; United Nations, 2015; PubChem, 2017).

GHS 위험 등급

H303 : 삼키면 유해 할 수 있습니다 (PubChem, 2017).

H314 : 심한 피부 화상과 눈 손상을 일으킴 (PubChem, 2017).

H318 : 눈에 심한 손상을 일으킴 (PubChem, 2017).

H330 : 흡입하면 치명적 임 (PubChem, 2017).

H370 : 장기에 손상을 일으킴 (PubChem, 2017).

H372 : 장기간 또는 반복 노출을 통해 장기에 손상을 일으킴 (PubChem, 2017).

H402 : 수생 생물에 유해 함 (PubChem, 2017).

예방 문구 코드

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 및 P501 (PubChem, 2017).

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