Kimyo · Elementlar kimyosi · 8-sinf

Sulfat kislota va kontakt usuli

Olmaliqda mis eritishdan chiqqan gaz qanday qilib sulfat kislotaga aylanadi?

Vaziyat

Olmaliq kon-metallurgiya kombinatida mis rudalari — sulfidlar — eritilganda ko‘p oltingugurt(IV) oksid ajraladi. Bu gaz havoga chiqarilsa, kislotali yomg‘ir yog‘ardi; kombinat esa undan yuz minglab tonna sulfat kislota oladi — o‘g‘itlar, akkumulyatorlar va metallurgiya uchun. Zaharli gaz qanday qilib kislotaga aylanadi va nega kontakt apparatida harorat aynan 400–450 °C atrofida ushlanadi? Konsentrlangan kislota qandni nega ko‘mirga aylantiradi va uni suyultirishda nega «kislotani suvga» quyish kerak?

Mavzu

Sulfat kislota va uni ishlab chiqarish. Olmaliq KMK sulfat kislota sexi: mis eritishdan chiqqan SO₂ kontakt usulida H₂SO₄ ga aylanadi; konsentrlangan kislota qandni ko‘mirga aylantiradi

Asosiy tushunchalar

Kontakt usuli (V₂O₅)
Kislotani suvga quying
Sulfat ioni — BaSO₄

Formulalar

2 SO_{2} + O_{2} ⇌_{\underset{}{420 - 450_{}^{}_{}^{\circ} C}}^{\overset{}{V_{2} O_{5}}} 2 SO_{3}

Kontakt apparatida: ekzotermik qaytar reaksiya, ΔH ≈ −198 kJ (2 mol SO₃ ga).

4 FeS_{2} + 11 O_{2} \overset{}{\to} 2 Fe_{2} O_{3} + 8 SO_{2}

SO₂ olish: pirit kuydirish (yoki $S + O_{2} \overset{}{\to} SO_{2}$ , yoki mis eritish gazlari).

H_{2} SO_{4} + SO_{3} \overset{}{\to} H_{2} S_{2} O_{7}

SO₃ suvga emas, 98 % li kislotaga yuttiriladi — oleum hosil bo‘ladi, keyin suyultiriladi.

Ba^{2 +} + SO_{4}^{2 -} \overset{}{\to} BaSO_{4} ↓

Sulfat ionining sifat reaksiyasi: oq cho‘kma, kislotalarda erimaydi.

c = \frac{m (BaSO_{4})}{M (BaSO_{4}) V}

Gravimetriya: cho‘kma massasidan eritmadagi sulfat konsentratsiyasi ( $M$ = 233,39 g/mol).

Nazariya

Sulfat kislota: xossalari (32-§)

Sulfat kislota $H_{2} SO_{4}$ — og‘ir, moysimon, rangsiz suyuqlik; konsentrlangani ≈ 96–98 % li, zichligi 1,84 g/sm³. Kuchli ikki negizli kislota, ikki xil tuz beradi: sulfatlar (Na₂SO₄) va gidrosulfatlar (NaHSO₄). Suyultirilgan kislota boshqa kislotalar kabi vodoroddan oldingi metallar ( $Zn + H_{2} SO_{4} \overset{}{\to} ZnSO_{4} + H_{2}$ ), asosli oksidlar, asoslar va tuzlar bilan reaksiyaga kirishadi. Konsentrlangan kislota boshqacha: (1) suvni kuchli tortadi — gazlarni quritadi, qand, qog‘oz va yog‘ochni ko‘mirlashtiradi: $C_{12} H_{22} O_{11} \overset{}{\to} 12 C + 11 H_{2} O$ ; (2) kuchli oksidlovchi — misni ham eritadi, lekin vodorod emas, SO₂ ajraladi: $Cu + 2 H_{2} SO_{4} \overset{}{\to} CuSO_{4} + SO_{2} + 2 H_{2} O$ (qizdirilganda), ko‘mir bilan: $C + 2 H_{2} SO_{4} \overset{}{\to} CO_{2} + 2 SO_{2} + 2 H_{2} O$ ; (3) sovuqda temir va alyuminiyni passivlaydi — shuning uchun u po‘lat sisternalarda tashiladi.

Suyultirish: «kislotani suvga»

Sulfat kislota suv bilan aralashganda juda ko‘p issiqlik ajraladi: 1 mol kislota 10 mol suvda eriganda ≈ 67 kJ. Agar suvni kislotaga quysak, yengil suv (1,0 g/sm³) og‘ir kislota (1,84 g/sm³) ustida qoladi va butun issiqlik yupqa qatlamda ajraladi — suv shu zahoti qaynab, kislotani atrofga sachratadi. Shuning uchun doimo kislotani suvga — ingichka oqimda, shisha tayoqcha bo‘ylab, aralashtirib va sovitib quyiladi. Akkumulyator elektroliti — zichligi ≈ 1,27–1,28 g/sm³ (≈ 37 %) sulfat kislota eritmasi; uni tayyorlashda ham kislotani suvga sekin quyib, sovitib turiladi.

Sanoatda ishlab chiqarish: kontakt usuli (35-§)

1. SO₂ olish: oltingugurt yoqiladi ( $S + O_{2} \overset{}{\to} SO_{2}$ ), pirit kuydiriladi ( $4 FeS_{2} + 11 O_{2} \overset{}{\to} 2 Fe_{2} O_{3} + 8 SO_{2}$ ) yoki rangli metallurgiya gazlari ishlatiladi (Olmaliq — mis eritish va rux zavodlari gazlari). 2. Tozalash: chang elektrofiltrda ushlanadi, gaz yuviladi va konsentrlangan H₂SO₄ bilan quritiladi — mishyak birikmalari va chang katalizatorni «zaharlaydi». 3. Kontakt apparati: $2 SO_{2} + O_{2} \overset{}{⇌} 2 SO_{3}$ , katalizator — vanadiy(V) oksid V₂O₅, bosim atmosfera bosimiga yaqin (≈ 100–200 kPa). Reaksiya ekzotermik: past harorat SO₃ chiqishiga qulay (Le Shatelye prinsipi), lekin ≈ 400 °C dan pastda katalizator deyarli ishlamaydi — reaksiya juda sekinlashadi. Shuning uchun gaz bir necha katalizator qatlamidan o‘tadi, har qatlam oldidan ≈ 420–450 °C gacha sovitiladi. 4. Yutish: SO₃ suvga emas (kislota tumani hosil bo‘ladi), 98 % li kislotaga yuttiriladi: $H_{2} SO_{4} + SO_{3} \overset{}{\to} H_{2} S_{2} O_{7}$ (oleum), keyin suyultiriladi. Oraliq yutish (3-qatlamdan keyin SO₃ ni chiqarib olish) bilan SO₂ ning 99,7 % dan ko‘prog‘i aylantiriladi.

Sulfat ioni (8-laboratoriya ishi) va gravimetriya

Sulfat ionini bariy ionlari topadi: $Ba^{2 +} + SO_{4}^{2 -} \overset{}{\to} BaSO_{4}$ — oq kristall cho‘kma ( $K_{s}$ = 1,1·10⁻¹⁰). Karbonat va sulfit ionlari ham bariy bilan oq cho‘kma beradi, lekin BaCO₃ va BaSO₃ xlorid kislotada gaz chiqarib eriydi, BaSO₄ esa erimaydi — shuning uchun eritma HCl bilan kislotalanadi. Gravimetriya: cho‘kma filtrlanadi, quritiladi va tortiladi: $n (SO_{4}^{2 -}) = m (BaSO_{4}) / 233,39$ g/mol, $c = n / V$ . 2-amaliy ish masalalari: kislota massa ulushi va zichligidan molyar konsentratsiya, suyultirish, reaksiya bo‘yicha hisob (1 t oltingugurtdan nazariy ≈ 3,06 t H₂SO₄).

Ishlatilishi va O‘zbekiston

Sulfat kislota — dunyoda eng ko‘p ishlab chiqariladigan kimyoviy moddalardan biri (2022-yilda ≈ 260 mln t). Uning katta qismi mineral o‘g‘itlarga ketadi: fosfatli o‘g‘itlar (superfosfat, ammofos), ammoniy sulfat $2 NH_{3} + H_{2} SO_{4} \overset{}{\to} (NH_{4})_{2} SO_{4}$ . Shuningdek: metallurgiya (rudalarni eritmaga o‘tkazish, mis elektrolizi elektroliti), akkumulyatorlar, neftni tozalash, bo‘yoqlar va yuvish vositalari. O‘zbekistonda sulfat kislota, jumladan, Olmaliq KMK da metallurgiya gazlaridan olinadi (2025-yil rejasi — ≈ 690 ming t) — kombinatning o‘z ehtiyojlari va o‘g‘it zavodlari uchun.

Xavfsizlik va model

Xavfsizlik: konsentrlangan kislota terini va ko‘zni kuydiradi — himoya ko‘zoynagi, qo‘lqop, fartuk; kislotani suvga quying, aksincha emas; teriga tegsa — darhol ko‘p suv bilan yuving; SO₂ va SO₃ — zaharli, tortish shkafida; qand ko‘mirlanganda ham SO₂ ajraladi. Model: kontakt apparati — 4 adiabatik qatlam, 10 % SO₂ va 11 % O₂ li gaz, ≈ 120 kPa, muvozanat NIST/CRC termodinamik ma’lumotlaridan, tezlik sxematik (katalizator ≈ 390 °C dan «yonadi»); maket masshtabsiz. Suyultirish: integral erish issiqligi (NBS, 25 °C), eritma issiqlik sig‘imi taxminiy, idish atrof bilan Nyuton qonuni bo‘yicha sovuydi (muzli hammomda tezroq); zichlik 20 °C dagi jadvaldan. Gravimetriyada cho‘kma to‘liq va toza deb olingan.

Bilasizmi?

Olmaliq KMK 2025-yilda ≈ 690 ming tonna sulfat kislota ishlab chiqarishni rejalashtirgan; rux zavodida qurilayotgan yangi sex ishga tushgach, soatiga 79 ming m³ gacha texnologik gazni atmosferaga chiqarmay ushlab qolib, yiliga yana 180 ming tonnagacha kislota berishi kutilmoqda (kun.uz, 2025-yil iyul).
Kontakt usulini 1831-yilda ingliz sirka savdogari Peregrin Fillips patentlagan; dastlab katalizator platina bo‘lgan, keyinchalik u arzonroq va mishyak aralashmalaridan kamroq «zaharlanadigan» vanadiy(V) oksid bilan almashtirilgan.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.