הצגת המקור של הדף "חומצה גופרתית"

{{פירוש נוסף|נוכחי=חומצה גופרתית (H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>)|אחר=חומצה גופריתית (H<sub>2</sub>SO<sub>3</sub>)|ראו=[[חומצה גופריתית]]}}
{{תרכובת
| שם = חומצה גופרתית
| תמונה = [[קובץ:Sulfuric-acid-2D-dimensions.svg|150px]]
| כיתוב = 
| תמונה2 = [[קובץ:Sulfuric-acid-Givan-et-al-1999-3D-vdW.png|150px]]
| כיתוב2 = 
| תמונה ימין = 
| כיתוב ימין = 
| תמונה שמאל = 
| כיתוב שמאל = 
| שם סיסטמטי = חומצה גופרתית
| שמות נוספים = [[מספר או"ם]] 1830
| מראה = שקוף-חסר צבע, חסר ריח.
| CAS = 7664-93-9
| צפיפות = 1.84
| מצב צבירה = נוזל
| מסיסות = מסיס לגמרי במים (בתהליך [[תגובה אקסותרמית|אקסותרמי]])
| ממסים = 
| טמפרטורת היתוך = 10
| טמפרטורת רתיחה = 290
| טמפרטורת המראה = 
| בליעה אופטית = 
| מקדם שבירה = 
| חומציות = pKa1=-3,  pKa2=1.92
| בסיסיות = 
| נקודת הבזק = 
| נקודת התלקחות = 
| LD50 = 
| NFPA-אדום = 0
| NFPA-לבן = W
OX
| NFPA-כחול = 3
| NFPA-צהוב = 2
| הערה כללית = [[אנתלפיית התהוות סטנדרטית]] :  814- קילוג'אול למול
[[אנטרופיה]] מולרית: 157 ג'אול למול למעלה
| מסה מולרית = 98.07844
}}
'''חומצה גופרתית''' היא [[חומצה]] שמנונית חסרת [[צבע]] ו[[ריח]], [[נוזל|נוזלית]] ב[[טמפרטורת החדר]]. [[נוסחה כימית|נוסחתה]]: '''[[מימן|H]]<sub>2</sub>[[גופרית|S]][[חמצן|O]]<sub>4</sub>'''. החומצה הגופרתית היא [[חמצון חיזור|מחמצן]] חזק מאוד ולכן היא אחד החומרים הנפוצים ובעלי השימושים הרבים ביותר ב[[תעשייה]] הכימית. 

המבנה המרחבי של החומצה הוא [[ארבעון|ארבעוני]]. [[קשרי מימן]] בין-מולקולריים מקנים לה טמפרטורת [[רתיחה]] גבוהה (ומכאן שניתן לעבוד איתה בטמפרטורות גבוהות) וכן [[מסיסות]] טובה במים.

==מאפיינים כימיים==
החומצה הגופרתית היא מחמצן פעיל מאוד, במיוחד בטמפרטורה גבוהה. כיוון שהיא מהווה [[חומצות חזקות|חומצה חזקה]], היא מסוגלת לגרום [[פרוטונציה]] ל[[מלח (כימיה)|מלח]]ים של חומצות חלשות יותר: <math> \ H_2SO_4 + KNO_3 \rarr KHSO_4 + HNO_3 </math>

בתגובה עם [[בסיס (כימיה)|בסיסים]] ו[[מתכת|מתכות]] הנמצאות שמאלה מה[[מימן]] ב[[שורת המתחים]], החומצה הגופרתית יוצרת את הסולפט (או ההידרוסולפט) המתאים:{{ש}} <math> \ 2NaOH + H_2SO_4 \rarr Na_2SO_4 + 2H_2O </math>{{ש}}, <math> \ Cu + 2H_2SO_4 \rarr CuSO_4 + SO_2+2H_2O </math>{{ש}}. תגובות אלו מתרחשות בתמיסה מרוכזת וחמה.

כל הבסיסים במים הם גם בסיסים בחומצה גופרתית. קיימות חומצות אחרות שתתנהגנה כבסיס בהוספתן לחומצה גופרתית. דוגמה לכך הן ה[[חומצה אצטית|חומצה האצטית]] (CH<sub>3</sub>COOH) וה[[חומצה חנקתית|חומצה החנקתית]] (HNO<sub>3</sub>). כך למשל תגיב חומצה חנקתית כבסיס{{ש}} <math>HNO_3 + 2H_2SO_4 \rarr  2HSO_4^- + NO_2^+ + H_3O^+</math>. אמידים ומים למשל יתנהגו כבסיס בעת הוספתם לחומצה זו. אולם ה-super acid (סופר חומצה) fluorosulfuric acid) FSO<sub>3</sub>H) תגרום לכך שחומצה גופרתית תתנהג כבסיס ותקבל [[פרוטון]] (<sup>+</sup>H). 

בסביבה מימית, התפרקות החומצה תהיה מלווה בפליטת חום לסביבה ([[תגובה אקסותרמית]]). החומצה הגופרתית היא חומצה דו-פרוטית חזקה, כלומר בתגובה עם בסיס היא עוברת פירוק מלא, שמתרחש בשני שלבים. בשלב הראשון תתרחש סתירה חלקית (פרוטון ראשון, H+) יון ה[[הידרוקסיד]] המקבל מהבסיס נקשר עם הפרוטון הנמסר מהחומצה ליצירת [[מולקולה|מולקולת]] [[מים]] ראשונה, נקודה B, עם המשך התגובה מתקבלת סתירה מלאה, יון הידרוקסיד נוסף נקשר לפרוטון השני של החומצה ליצירת מולקולת מים שנייה.

החומצה הגופרתית מגיבה עם מים בתגובה אקסותרמית אלימה מאוד, שבה מופק [[חום (פיזיקה)|חום]] רב. מסיבה זו לעולם אין לשפוך מים לתוך חומצה גופרתית, אלא רק חומצה גופרתית למים. מסיבה זו גם חומצה גופרתית משמשת לעיתים בתהליכי ייבוש, כגון בתהליכי הכנת [[פירות יבשים]]. ביטוי אחר לזיקה (affinity) של החומצה הגופרתית לאטומי מימן וחמצן, שאותם היא "קורעת" מתוך מולקולות, היא תגובתה עם [[עמילן]], שבמהלכה הוא מתפרק כליל לפחמן ולמים.

מכיוון שה[[מקדם דיאלקטרי יחסי|מקדם הדיאלקטרי היחסי]] (ε=110) של החומצה הוא גבוה משל מים, היא מהווה [[ממס]] טוב לחומרים [[קשר יוני|יוניים]]. החומצה הגופרתית עוברת [[יינון]] עצמי חזק:
<math>2H_2SO_4 \Leftrightarrow H_3SO_4^+ + HSO_4^- ; Ion\quad product\quad constant\quad (K)=2.7\times10^{-4}M^2</math>

==ייצור==
חומצה גופרתית מייצרים מ[[גופרית]], מ[[חמצן]] וממים, בתהליך של '''חיבור בשלבים הנקרא contact process'''. התהליך פותח בשנת 1831 על ידי יצרן [[חומץ]] בריטי בשם Peregrine Phillips או בתהליך '''[[דסולפוריזציה]] (הסרת גופרית) הנקרא Wet sulfuric acid process.''' 

=== חיבור בשלבים ===

==== שלב 1: קבלת גז SO<sub>2</sub> ====
ראשיתו של תהליך זה בשריפת הגופרית וקבלת [[גופרית דו-חמצנית]] SO<sub>2</sub> בתגובה <math>S_{(s)} + O_{2 (g)}\rarr SO_{2 (g)} </math>, 

את [[גז]] הגופרית הדו-חמצנית יש לנקות מאדי מים, [[אבק]] ותחמוצת [[ארסן]] כדי למנוע תגובות לא רצויות עם הזרז ([[תחמוצת]] ונדיום) בשלב הבא. כדי להיפטר מאבק מזרימים את הגז החם במגדל עם קיטור (dusting tower). השלב הבא בניקוי הוא העברת הגז לאחר קירור ב"מגדל שטיפה" שם מרססים  אותו בטיפות מים כדי להרחיק חומרים מסיסים. ייבוש הגז מבוצע במגדל בו מרססים את הגז שהתקרר בחומצה גופרתית הסופחת את אדי המים. לבסוף מורחקת תחמוצת הארסן על ידי ספיחה לברזל הידרוקסיד Fe(OH)<sub>3.</sub>

==== שלב 2: חמצון SO<sub>2</sub> ל SO<sub>3</sub> ====
את הגופרית הדו-חמצנית מחמצנים לגופרית תלת-חמצנית SO<sub>3</sub> בנוכחות הזרז דו-[[ונדיום]] חמש-חמצני V<sub>2</sub>O<sub>5.</sub>   הוונדיום בדרגת חמצון 5+ מחמצן את הגופרית בתגובה <math>4V^{+5}+2SO_2+2O^{2-}\longrightarrow2SO_3+4V^{4+} </math>

חמצן אטמוספירי מחמצן את הוונדיום חזרה לדרגת חמצון 5+;

<math>4V^{+4}+O_2\longrightarrow 4V^{5+}+2O^{2-} </math>

כך שהתגובה הכוללת בשלב זה:

<math>2SO_2 + O_2 \rightleftarrows 2SO_3</math>. 

זוהי תגובה אקסותרמית ב[[שיווי משקל כימי|שיווי משקל]] כך שהתגובה נוטה לכיוון המגיבים ככל שעולה הטמפרטורה בהתאם ל[[עקרון לה שטלייה]]. עם זאת כדי שיתרחש הזירוז באמצעות תחמוצת הוונדיום על הטמפרטורה להיות לפחות 400°C.  

התהליך מבוצע במגדל בו עובר הגז דרך כמה שכבות זרז. כדי להשיג יעילות גבוהה (מעל לריכוז התוצר בשיווי משקל) מזרימים את הגז היוצא מהמגדל שהוא תערובת של התוצר SO<sub>3</sub>  עם SO<sub>2</sub>  דרך מגדל נוסף בו מטפטפים חומצה גופרתית המגיבה עם SO<sub>3</sub> כך שהגז היוצא מהמגדל הוא בעיקר SO<sub>2</sub> המוזרם שוב למגדל התגובה. בשיטה זו מושגת יעילות של עד 99.8% בהפיכת SO<sub>2</sub> ל SO<sub>3</sub>.

==== שלב 3: תגובה עם מים לקבלת חומצה גופרתית ====
בעיקרון את הגופרית התלת-חמצנית SO<sub>3</sub> ניתן להמס במים, וכך לקבל את החומצה בתגובה <math>SO_{3(g)} + H_2O_{(l)} \rarr H_2SO_4 </math> אבל המסה ישירה זו של SO<sub>3</sub> במים אינה מעשית בשל האקסותרמיות הגבוהה של התגובה, שגורמת להיווצרות אדי חומצה במקום נוזל. במקום המסה ישירה, סופחים SO<sub>3</sub> על H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> על ידי העברת גז חם דרך החומצה ומתקבל H<sub>2</sub>S<sub>2</sub>O<sub>7</sub> (חומר הנקרא oleum) <math>H_2SO_{4(l)}+SO_{3(g)}\longrightarrow H_2S_2O_{7(l)} </math>, שאותו מגיבים עם מים לקבלת התוצר הסופי  <math>H_2S_2O_{7(l)}+H_2O_{(l)}\longrightarrow 2H_2SO_{4(l)} </math>.

=== הסרת גופרית ===

==== שלב 1: קבלת גז SO<sub>2</sub> ====
ראשיתו של תהליך זה בשריפת הגופרית וקבלת גופרית דו-חמצנית SO<sub>2</sub> בתגובה <math>S_{(s)} + O_{2 (g)}\rarr SO_{2 (g)} </math> (297- [[ג'ול|קילוג'ול]] ל[[מול]]) 

או, לחלופין, שריפת [[מימן גופרי]] וקבלת גופרית דו-חמצנית בתגובה <math>2 H_{2} S_{(g)} + 3 O_{2 (g)}\rarr 2H_{2} O_{(l)} + 2 SO_{2 (g)} </math> (1036- [[ג'ול|קילוג'ול]] ל[[מול]]) 

==== שלב 2: חמצון SO<sub>2</sub> ל SO<sub>3</sub> ====
את הגופרית הדו-חמצנית מחמצנים לגופרית תלת-חמצנית SO<sub>3</sub> בנוכחות הזרז דו-[[ונדיום]] חמש-חמצני V<sub>2</sub>O<sub>5.</sub> הוונדיום בדרגת חמצון 5+ מחמצן את הגופרית בתגובה <math>4V^{+5}+2SO_2+2O^{2-}\longrightarrow2SO_3+4V^{4+} </math> (198- [[ג'ול|קילוג'ול]] ל[[מול]])

ומוסיפים מים לקבלת חומצה גופרתית בתגובה <math>2SO_{3 (g)} + 2H_{2} O_{(l)} \longrightarrow H_2SO_{4 (g)} </math> (101- [[ג'ול|קילוג'ול]] ל[[מול]])

==== שלב 2: זיקוק H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> לנוזל בריכוז 97-98% ====
<math>H_2SO_{4 (g)} \longrightarrow H_2SO_{4 (l)} </math>  (69- [[ג'ול|קילוג'ול]] ל[[מול]])

=== שיטות נוספות ===
שיטה פחות ידועה היא שיטת הדיסולפט ובה [[דיסולפט]] מונח בתחתית הכוס ומתווספת [[חומצה הידרוכלורית]], הגז שנוצר מועבר דרך [[חומצה חנקתית]] שתשחרר אדי [[חנקן דו-חמצני]] בתגובה <math>2 SO_2 + 2HNO_3 + 2 H_2O \rarr H_2SO_4 + 2NO</math> 

שריפת גופרית עם [[אשלגן חנקתי]] בנוכחות [[אדי מים]] הייתה בשימוש לאורך ההיסטוריה, האשלגן החנקתי מחמצן את הגופרית לגופרית תלת-חמצנית שמגיבה עם המים ליצירת חומצה גופרתית.

ניתן להמס גופרית דו-חמצנית ב[[תמיסה מימית]] של מלח מתכת מחמצן כמו [[נחושת דו-כלורית]] או [[ברזל תלת כלורי]] בתגובות 

<math>2 FeCl_3 + 2 H_2O + SO_2 \rarr 2 FeCl_2 + H_2SO_4 + 2HCl</math> 

<math>2 CuCl_2 + 2 H_2O + SO_2 \rarr 2 CuCl + H_2SO_4 + 2HCl</math> 

ניתן גם להפיק את החומצה בדרכים פחות מוכרות באמצעות [[אלקטרוליזה]] של [[תמיסה]] מימית של [[נחושת גופרתית]], או באמצעות [[מימן ברומי]] (בתהליך מסוכן ויקר מאוד).

==שימושים==
עקב היותה חומר פעיל מאוד, לחומצה הגופרתית שימושים רבים. להלן העיקריים שבהם:
* החומצה משמשת לעיתים כ[[זרז]], כגון בתהליכי [[ניטרציה]] וייצור [[ניילון]]. כמו כן [[חומצה גופרתית עם סיליקה]] משמשת כזרז בהמרה אורגנית.
* החומצה היא ה[[אלקטרוליט]] ב[[סוללת עופרת-חומצה]], המשמשת כמצבר ב[[מכונית|מכוניות]] מודרניות.
* מחומצה גופרתית ומחנקות (בעיקר [[אשלגן חנקתי]]) מפיקים [[חומצה חנקתית]] על פי התגובה הבאה: <math>\ KNO_3+H_2SO_4 \rarr KHSO_4+HNO_3</math>; כמו כן, מחומצה גופרתית ומ[[מלח בישול]] מפיקים [[חומצת מלח]]: <math> \ H_2SO_4 + 2NaCl \rarr 2HCl + Na_2SO_4 </math>

בנוסף, בחומצה גופרתית משתמשים בייצור [[דשן|דשנים]] מסוימים, כגון דשני [[זרחן]] ודשני [[אמוניה]]; בתהליכי [[זיקוק]] [[נפט]] ועיבוד [[עור|עורות]]; בייצור סיבים כימיים, [[צבע (חומר)|צבעים]] ו[[חומר נפץ|חומרי נפץ]].

==בטיחות==
בשל היותה מחמצן חזק, החומצה הגופרתית היא חומצה מסוכנת, משום שהיא מפרקת את כל ה[[תרכובת אורגנית|תרכובות האורגניות]]. למשל, ערבוב חומצה גופרתית מרוכזת עם ה[[חד-סוכר]] [[גלוקוז]], יגרום לכך שהגלוקוז יתפרק למים ול[[פחמן]]. במגע עם גוף חי החומצה הורסת את [[רקמות|רקמותיו]]. 

במגע עם ה[[עור]] גורמת החומצה ל[[כוויה|כוויות]]{{הערה|[https://avidwidowicz.wordpress.com/2021/05/15/%d7%a6%d7%99%d7%9c%d7%94-%d7%a6%d7%91%d7%99%d7%a7%d7%9c%d7%a8-%d7%a8%d7%a6%d7%97-%d7%91%d7%97%d7%95%d7%9e%d7%a6%d7%94-%d7%92%d7%95%d7%a4%d7%a8%d7%aa%d7%99%d7%aa/ "צילה צביקלר - רצח בחומצה גופרתית"] [[אבי דוידוביץ]], 15 במאי 2021}} חמורות יותר משאר ה[[חומצות חזקות|חומצות החזקות]] (כגון ה[[חומצה חנקתית|חומצה החנקתית]] ו[[חומצת מלח|חומצת המלח]]), בשל הנזק השניוני שנגרם מהחום שנוצר כשהחומצה מגיבה עם המים שברקמה. מסיבה זו יש לסלק את החומצה מהעור קודם לשטיפת המקום הפגוע במים במשך כ-10 עד 15 דקות. 

אדי החומצה מזיקים גם הם, והם פוגעים ב[[עין|עיניים]], ב[[דרכי הנשימה]] וברקמות הריריות של הגוף. חשיפה חוזרת ונשנית לאדים של חומצה גופרתית עלולה לגרום לשחיקת ה[[שן|שיניים]].

==ראו גם==
* [[סולפט]] – [[בסיס מצומד|הבסיס המצומד]], או ה[[מלח (כימיה)|מלח]], של חומצה גופרתית

==קישורים חיצוניים==
{{מיזמים|ויקימילון=חמצה גפרתית}}
* [[גיליון בטיחות חומרים]] [https://web.archive.org/web/20121119041329/http://avogadro.chem.iastate.edu/MSDS/H2SO4.htm  של חומצה גופרתית] {{אנגלית}}
* {{יוטיוב|xjLUJ-7m5v8|שם=סרטון המתאר את תהליך הייצור של חומצה גופרתית}}
* {{בריטניקה}}
* {{דף שער בספרייה הלאומית|987007548503405171|חומצה גופריתנית}}

==הערות שוליים==
{{הערות שוליים}}

{{בקרת זהויות}}

[[קטגוריה:חומצות|גופרתית]]
[[קטגוריה:חומצות מינרליות|גופרתית]]
[[קטגוריה:גופרית: תרכובות]]
[[קטגוריה:כימיה של שיווי משקל]]