Qu’est-ce que l’acide sulfurique ?
L’acide sulfurique est un liquide acide incolore et inodore dont la formule chimique est H2SO4.
Il s’agit d’un liquide huileux dans sa forme la plus pure. Sa viscosité diminue au fur et à mesure qu’il est dilué et que sa concentration est réduite.
L’acide sulfurique est désigné comme une “substance délétère non utilisable à des fins médicales”. En effet, il peut provoquer de graves lésions chimiques en cas de contact avec la peau. Il doit donc être manipulé avec précaution.
Utilisations de l’acide sulfurique
L’acide sulfurique est l’une des matières premières de base de l’industrie chimique et est utilisé dans un large éventail de domaines, notamment l’industrie des engrais, le textile, la fusion des métaux, la sidérurgie, la filature, l’industrie du papier et l’industrie alimentaire, ainsi que la galvanoplastie. Il s’agit également d’un réactif important pour les expériences chimiques.
De plus, il est utilisé comme agent de déshydratation, d’oxydation et de séchage. Il est donc largement utilisé dans l’industrie pour la fabrication de sulfate d’ammonium, d’explosifs, de colorants et de produits chimiques inorganiques, la synthèse de composés organiques, le raffinage du pétrole et des graisses, les catalyseurs et les électrolytes dans les batteries d’accumulateurs au plomb utilisées dans les batteries d’automobiles.
Les sels composés d’acide sulfurique et de divers métaux jouent également un rôle important. Par exemple, l’acide sulfurique est utilisé dans les engrais et le sulfate de calcium est le principal ingrédient du gypse.
Propriétés de l’acide sulfurique
L’acide sulfurique a un poids moléculaire de 98,07 et est un liquide huileux à forte concentration. L’acide sulfurique à 98 % a un poids spécifique de 1,841, un point de fusion de 3,0°C et une chaleur spécifique de 0,3325 (15°C).
La réaction avec les métaux produit de l’hydrogène, de l’hydrogène sulfuré, du dioxyde de soufre, du soufre et des sulfures et sulfuriques métalliques. Les produits de cette réaction dépendent de la concentration de l’acide sulfurique, de la température et du type de métal. Il réagit également avec les oxydes métalliques pour produire des sulfates.
Sa chaleur de dissolution dans l’eau étant très élevée, lorsqu’on dilue de l’acide sulfurique concentré avec de l’eau pour former de l’acide sulfurique dilué, on adopte la méthode particulière. Cette dernière consiste à ajouter progressivement de l’acide sulfurique concentré à l’eau sous agitation. À l’inverse, il est très dangereux d’ajouter de l’eau à de l’acide sulfurique concentré car l’eau bout rapidement et le mélange peut déborder.
L’acide sulfurique réagit avec les composés organiques de diverses manières, telles que la déshydratation, l’hydratation et la sulfonation. Il possède également des propriétés catalytiques et est utilisé pour la nitration. L’acide sulfurique s’ionise en deux étapes dans une solution aqueuse et est très acide. La première étape de l’ionisation produit des ions sulfate d’hydrogène, tandis que la seconde étape de l’ionisation produit des ions sulfuriques. Les acides sulfuriques forment des sulfates stables avec de nombreux éléments métalliques.
Types d’acide sulfurique
Les solutions d’acide sulfurique ayant une faible concentration d’acide sulfurique inférieure à environ 90 % sont appelées “acide sulfurique dilué”. En revanche, celles ayant une forte concentration supérieure à environ 90 % sont appelées “acide sulfurique concentré”. Parmi les autres types d’acide sulfurique, citons l’acide sulfurique concentré chaud, dans lequel l’acide sulfurique concentré est chauffé à 290°C ou plus, et l’acide sulfurique fumant, dans lequel le trioxyde de soufre est absorbé dans l’acide sulfurique concentré.
Tous les types d’acide sulfurique partagent la même forte acidité. Toutefois, l’acide sulfurique concentré a des effets déshydratants et hygroscopiques que l’on ne retrouve pas dans l’acide sulfurique dilué. De plus, celui qui est chauffé à chaud a un effet oxydant.
Autres informations sur l’acide sulfurique
Méthodes de production de l’acide sulfurique
Il existe deux méthodes de production de l’acide sulfurique : la méthode de l’acide nitrique et la méthode par contact. Cependant, la méthode de l’acide nitrique produit une concentration plus faible de produit et contient plus d’impuretés, ainsi que des oxydes d’azote nocifs dans les gaz de combustion.
Dans les deux méthodes, le dioxyde de soufre est utilisé comme matière première et oxydé en trioxyde de soufre.Il est ensuite absorbé par l’eau pour produire de l’acide sulfurique.
1. Oxydation du dioxyde de soufre
La matière première du dioxyde de soufre est souvent un gaz de combustion. Ce dernier provient de la fabrication d’autres produits industriels et est ensuite purifié pour obtenir un gaz de dioxyde de soufre de grande pureté. Le dioxyde de soufre raffiné est chauffé à 420-430°C, puis introduit dans un convertisseur rempli d’un catalyseur à base de pentoxyde de vanadium, où il est oxydé en trioxyde de soufre.
2SO2 + O2 → SO3
2. Absorption du trioxyde de soufre dans l’eau
Le trioxyde de soufre est absorbé dans l’eau pour former de l’acide sulfurique. Dans la pratique, le trioxyde de soufre ne réagit pas directement avec l’eau, mais est introduit dans une colonne d’absorption. De l’acide sulfurique concentré y circule et se transforme en acide sulfurique fumant, lequel est ensuite dilué pour former de l’acide sulfurique concentré.
H2SO4 + SO3 → H2SO4-nSO3
H2SO4∙nSO3 + nH2O → (n+1) H2SO4