Страница 42 из 83
Старый камерный способ получения серной кислоты с течением времени был заменен более современным башенным способом. Но усовершенствования коснулись лишь технологии — камеры последовательно были заменены башнями; химическая же сторона процесса и в том и в другом случае осталась неизменной. Оба способа можно объединить под общим названием нитрозного способа получения серной кислоты.
Нитрозный способ заключается в окислении сернистого газа до серной кислоты. Окислителем служит двуокись азота, растворенная в воде. Химическое уравнение этого процесса очень простое:
SO2 + NO2 + H2O = H2SO4 + NO.
Образовавшаяся окись азота (NO) не теряется в ходе производства. Кислород снова окисляет ее до двуокиси, и возрожденная NO2 может быть использована повторно. Этот факт представляет большую экономическую ценность. Окислы азота, по существу, не расходуются. Передавая кислород сернистому газу, двуокись азота ускоряет процесс ее окисления. Она выступает в роли своеобразного катализатора.
Как же все это происходит на практике? Выходящие из колчеданных печей газы содержат сернистый ангидрид. Они проходят через продукционные башни, где орошаются нитрозой. Нитроза представляет собой серную кислоту, в которой растворена нитрозилсерная кислота (NOHSO4). Кроме нитрозы, в продукционные башни вводится также вода. При этом из нитрозилсерной кислоты получаются серная и азотистая кислоты.
Азотистая кислота окисляет сернистую кислоту, образующуюся из сернистого газа и воды, в серную кислоту.
Газы, содержащие окислы азота, поступают в абсорбционные башни, орошаемые серной кислотой. В этих башнях происходит образование нитрозилсерной кислоты. Окислы азота, таким образом, улавливаются и не попадают в атмосферу.
Башенным способом получается не очень крепкая серная кислота. Концентрация ее не превышает 75 процентов. Такая кислота идет обычно на изготовление искусственных удобрений. Для получения концентрированной серной кислоты пользуются так называемым контактным способом. Он заключается в окислении сернистого газа кислородом воздуха при контакте с катализатором и последующем соединении полученного серного ангидрида с водой.
В особых печах обжигают сернистые металлы (как правило, железный колчедан, или пирит). При обжиге получается сернистый газ в смеси с воздухом. Он подвергается тщательной очистке от пыли и, что еще важнее, от различных примесей, которые могут отравлять катализатор: например, от трехокиси мышьяка.
И лишь после этого подогретая смесь газов идет в контактный аппарат. Образовавшийся серный ангидрид «улавливается» концентрированной серной кислотой, которая, насыщаясь, превращается в маслянистую густую жидкость — олеум. Так называют раствор серного ангидрида в безводной серной кислоте.
В качестве катализатора сначала пользовались платиной. При условии хорошей очистки газа платина сохраняла свою активность почти 15 лет. И все-таки это было нерентабельно, так как платина очень дорога.
В последнее время стали использовать ванадиевый ангидрид. Он гораздо дешевле и менее чувствителен к разного рода «отравлениям».
Итак, серная кислота получена. Это тяжелая маслянистая жидкость. «Нордгаузенское масло», — говорили немцы. И, наконец, общее для всех времен и народов название концентрированной серной кислоты — олеум, что в переводе с латинского также означает масло.
Серная кислота обладает крайне причудливым характером. Трудно найти еще такое же вещество, свойства которого так резко изменялись бы в зависимости от концентрации. По отношению к металлам концентрированная и разбавленная серные кислоты ведут себя как совершенно различные соединения.
Разбавленная серная кислота растворяет все металлы, стоящие левее водорода в ряду напряжений, кроме свинца; при этом выделяется водород. Нерастворимость свинца в разбавленной серной кислоте сыграла решающую роль в производстве серной кислоты камерным способом. Концентрированная же серная кислота способствует полному растворению свинца, поэтому при контактном способе, когда получается серная кислота больших концентраций, свинец не может использоваться в технологическом процессе.
Концентрированная серная кислота при нагревании также растворяет почти все металлы, но здесь она проявляет свою окислительную способность, и вместо водорода образуется сернистый газ. И тут снова неожиданность. Оказывается, концентрированная серная кислота не растворяет железо. Именно на этом свойстве основана транспортировка серной кислоты в железных цистернах.
Серная кислота обладает большим сродством к воде, с которой соединяется с выделением значительного количества тепла.
Способностью серной кислоты поглощать водяные пары и объясняется употребление ее для осушения газов и приготовления бездымных порохов.
Концентрированная серная кислота обладает свойством обугливать различные органические соединения, например углеводы.
И в этом случае серная кислота вновь выступает как некое двуликое существо.
Возьмем, например, кусок растительной клетчатки и подействуем на нее серной кислотой разной концентрации. Отнимая у клетчатки воду, концентрированная серная кислота способствует ее обугливанию.
Теперь попробуем капнуть на клетчатку разбавленной серной кислотой. Клетчатка в этом случае не обугливается, а начинает крошиться. Налицо то же разрушающее действие серной кислоты, но сущность процесса уже иная, совершенно противоположная. Клетчатка на этот раз не теряет воду, а присоединяет ее к себе, превращаясь в чрезвычайно хрупкое вещество — гидроцеллюлозу, — которое сразу же начинает крошиться.
Серная кислота относится к числу сильных и двуосновных, то есть металлы могут замещать в ней один или два атома водорода. Поэтому ей соответствуют два ряда солей: сульфаты и бисульфаты. Почти все соли серной кислоты растворимы в воде, кроме сульфатов бария и свинца. Все остальные соли бария, кроме его сульфата, хорошо растворимы в воде и кислотах. Поэтому, если после добавления в раствор какой-нибудь соли бария появляется белый нерастворимый осадок, можно считать, что там присутствует или серная кислота, или какая-нибудь ее соль. Таким образом, соли бария являются реактивом на ион SO42–.
Каково же будущее серной кислоты? Потеряет ли она когда-нибудь свое лидирующее положение в химической промышленности?
Ведь многие важнейшие материалы прошлого и настоящего начинают понемногу сдавать позиции: на смену железу, стали, чугуну идут такие металлы, как литий, магний, титан, молибден; на смену многим химическим реагентам приходят другие, более эффективные. Однако вряд ли человечество придумает такое универсальное вещество, которое смогло бы заменить серную кислоту во всех областях ее применения.
Шестьдесят лет тому назад на острове Мартиника в пяти километрах от вулкана Мон-Пеле существовал небольшой городок Сен-Пьер. Сейчас этого города нет на карте: его постигла очень трагичная судьба.
…Однажды из кратера вулкана усилилось выделение сероводорода. Жители города скоро заметили это: их серебряные вещи стали чернеть. И вот за одну ночь все население города погибло в результате мощного извержения Мон-Пеле; в живых остался лишь один человек.
Появление из кратеров вулканов сероводорода, так же как и серного газа, обычно является грозным предостережением начала вулканического извержения.
В природе сероводород встречается главным образом в вулканических местностях, выделяясь иногда «прямо из-под земли». На острове Ява со дна одной из долин, расположенной у подножия потухшего вулкана, выделяется сероводород. Он несет гибель каждому живому существу. Долина, вся усеянная скелетами погибших животных, получила название «Долины смерти».