Rikkihappo

Wikipedia

Loikkaa: valikkoon, hakuun
Rikkihappo

Tunnisteet
CAS-numero 7664-93-9
Ominaisuudet
Molekyylikaava H2SO4
Moolimassa 98,08 g/mol
Ulkomuoto Kirkas, väritön tai ruskea ja hajuton neste
Sulamispiste 10 °C (283 K)
Kiehumispiste 337 °C (610 K)
Tiheys 1,8 g/cm3
Liukoisuus veteen Liukenee kokonaan

Rikkihappo (H2SO4, vihtrilliöljy) on vahva, veteen täysin liukeneva epäorgaaninen happo. Se on puhtaana kirkas, huoneenlämmössä hieman jähmeäjuoksuinen neste, jonka tiheys on 1,83 g/cm3 ja moolimassa 98,08 g/mol. Rikkihapon kiehumispiste normaalissa ilmanpaineessa on 10,36 °C ja lämmitettäessä puhdasta rikkihappoa se hajoaa osittain vedeksi ja rikkitrioksidiksi. Rikkitrioksidi vapautuu kaasuna kunnes alkuperäisen rikkihapon väkevyys putoaa 98,3 prosenttiin. Veden ja rikkihapon liuos saadaan kiehutettua 337 °C:n lämpötilassa. Kansainvälinen tunnisteluku (CAS) on 7664-93-9.[1]

Rikkihappo on yksi maailman tärkeimmistä ja eniten käytetyimmistä kemiallisista yhdisteistä. Vuonna 2005 rikkihappoa kulutettiin maailmanlaajuisesti 190 miljoonaa tonnia. Noin puolet rikkihaposta käytetään lannoitteiden valmistamiseen ja loppu hyödynnetään väriaineiden, lääkkeiden ja räjähteiden valmistuksessa sekä öljynjalostuksessa ja metallurgisissa prosesseissa.[2] Rikkihappoa käytetään myös lyijyakkujen elektrolyyttinä. Koska rikkihapolla on niin suuri rooli teollisuudessa, sen maakohtaista kulutusta on pidetty yhtenä talouden mittarina. Rikkihapon kulutus on vaihdellut runsaasti.[3]

Rikkihapon löytäjästä ei ole yksimielisyyttä, jotkut pitävät löytäjänä Mohammad al-Razia ja toiset muslimilääkäri Geberiä. Eurooppalaiset löysivät itsenäisesti aineen vasta 1500-luvulla kun Johann Baptista von Helmont keksi lisätä poltetusta rikistä syntynyttä kaasua veteen. Rikkihapon löytäminen oli tärkeä merkkipaalu modernin kemian syntymiselle, sillä se oli aiemmin yhdisteiden analysoinnissa käytettyä viinietikkaa selvästi voimakkaampaa. Teollisen mittakaavan valmistusprosessin keksi vuonna 1746 brittilääkäri John Roebuck ja niin kutsutun kontaktiprosessin brittiläinen viinietikkakauppias Peregrine Phillips vuonna 1830.

Sisällysluettelo

[muokkaa] Historia

Rikkihappoa kutsutaan joskus myös vihtrilliöljyksi. Nimi periytyy aineista, joita käytettiin ennen nykyaikaisia menetelmiä rikkihapon valmistuksessa. Ennen rikkihappoa valmistettiin polttamalla joko rauta(II)sulfaattiheptahydraattia (FeSO4·7H2O) eli vihreää vihtrilliä tai kupari(II)sulfaattipentahydraattia (CuSO4·5H2O) eli sinistä vihtrilliä. Poltossa syntyi vettä ja rikkitrioksidia, jotka reagoidessaan muodostivat öljymäistä ainetta eli rikkihappoa.[4]

Rikkihapon varhaisin löytäjä saattanee olla persialainen lääkäri Mohammad al-Razi, joka tunnetaan myös etanolin löytäjänä ja osasi hyödyntää sitä puhdistusaineena. Rikkihapon hän löysi kuivatislatessaan rikkiä sisältänyttä mineraalia. Yleisnerona tunnettu persialainen Geber nimetään monesti myös rikkihapon löytäjäksi. Hänen kerrotaan löytäneen suolahapon sekoittamalla rikkihappoa ja ruokasuolaa. Eurooppalaiset keksivät aineen vasta 1500-luvulla Johann Baptista von Helmontin suorittamien kokeiden myötä.

Rikkihappo liittyy vedyn löytöhistoriaan keskeisesti. Robert Boyle laittoi 1600-luvun puolivälin paikkeilla rautanauloja rikkihappoon ja havaitsi, että reaktiossa vapautuu runsaasti kaasumaista vetyä. Alkuaineeksi vedyn totesi Henry Cavendish tipulteltuaan rauta-, tina- ja sinkkipalasia suolahappoon ja rikkihappoon.

Rikkihapon tärkeys ymmärrettiin nopeasti ja se oli yksi ensimmäisistä kemikaaleista, joita alettiin tuottamaan suuremmassa mittakaavassa. Tässä kunnostautui erityisesti lontoolaisapteekkari Joshua Ward, joka käytti saksalais-hollantilaisen Johann Glauberin tekniikkaa. Glauber valmisti rikkihappoa polttamalla rikkiä ja kaliumnitraattia vesihöyryä sisältävässä astiassa. Glauber keksi myös keinon, jolla rikkihaposta saadaan valmistettua typpihappoa. Tekniikkaa paranteli vuonna 1746 lääkäri John Roebuck suorittamalla reaktiot lyijykammiossa, jotka olivat kestävämpiä, suurempia ja edullisempia verrattuna aiempiin lasiastioihin. Aiheesta lisää alempana kohdassa ”Lyijykammioprosessi”.

Prosessin heikkoutena oli se, ettei sillä saatu valmistettua tarpeeksi väkevää happoa Louis-Joseph Gay-Lussacin ja John Gloverin parannusten jälkeenkään (78 %). Viinietikkaa myymällä elantonsa saanut Peregrine Phillips keksi uuden prosessin, kontaktiprosessin, joka ratkaisi ongelman. Vaikka se yleistyi hitaasti, on se erilaisine muunnelmineen nykyisen rikkihappotuotannon perusjalka.

[muokkaa] Ominaisuuksia

[muokkaa] Fysikaaliset

Normaalissa ilmanpaineessa ja huoneenlämmössä rikkihappo on nestemäistä ainetta, jonka suuri viskositeetti aiheuttaa sen öljymäisen luonteen. Rikkihapon viskositeetti on 27 500×10−6 Ns/m², kun vedellä se on 1040×10−6 Ns/m².[5] Normaalissa ilmanpaineessa puhtaan rikkihapon sulamispiste on 10,36 °C ja tiheys 1,832 g/cm³.[6] Kaupallisesti puhdasta rikkihappoa ei kuitenkaan ole saatavilla, vaan sitä myydään eri konsentraatioissa, joiden termodynaamiset ominaisuudet ovat selvästi erilaisia puhtaaseen aineeseen verrattuna. Väkevimmän eli 98-prosenttisen rikkihapon sulamispiste on vain 3 °C, kiehumispiste 338 °C ja tiheys hieman suurempi, 1,84 g/cm³. Puhdas rikkihappo hajoaa lämmitettäessä rikkitrioksidiksi ja vedeksi kunnes se on saavuttanut 98,3 prosentin väkevyyden. Tämän liuoksen kiehumispiste on noin 337–338 °C. Lämmitettäessä edelleen rikkihappo hajoaa kokonaan edellä mainituiksi lopputuotteiksi.

[muokkaa] Kemialliset

Syövyttävän kemiallisen aineen varoitusmerkki.

Rikkihappo on voimakkaasti syövyttävää, kirkasta, hajutonta ja öljymäistä nestettä huoneen lämmössä. Huoneenlämmössä se haihtuu hitaasti, eikä siitä siksi vapaudu ärsyttäviä höyryjä, mutta kuumentaminen on vaaraksi läsnäolijoiden silmille ja hengitysteille.[7] Rikkihapon väri vaihtelee kellertävästä ja ruskeasta täysin kirkkaaseen riippuen sen puhtausasteesta.

Kun rikkihappoa liukenee veteen, vapautuu runsaasti lämpöenergiaa. Tämän vuoksi rikkihappo kuten kaikki muutkin hapot laimennetaan aina siten, että rikkihappoa kaadetaan veteen. Koskaan ei saa kaataa vettä rikkihappoon, sillä silloin vesi voisi alkaa kiehua hapon pinnalla ja aiheuttaa roiskumista. Tästä juontuukin sanonta: "Ensin vesi, sitten happo; muuten tulee käteen rakko."[8]

John Daltonin rikkihappomolekyyliä kuvaava malli vuodelta 1808. Siinä kuvataan rikkiatomiin liittyneenä kolme happiatomia. Malli kuvaa parhaiten rikkitrioksidimolekyyliä, koska mallista puutuvat vetyatomit.

Rikkihappo on kaksiarvoinen happo, koska sen molekyylissä on kaksi vetyatomia, jotka voivat irrota protolyysireaktiossa. Protolyysireaktio tapahtuu kahdessa osassa. Rikkihapolla on siksi kahdentyyppisiä suoloja. Rikkihapon suolat ovat nimeltään sulfaatteja tai vetysulfaatteja (SO42- on sulfaatti-ioni, HSO4-, vetysulfaatti-ioni). Käytännöllisesti katsottuna konsentraatioltaan yksimolaarisessa vesiliuoksessa rikkihappo luovuttaa toisen protoneistaan eli protolysoituu täydellisesti vetysulfaatti-ioneiksi. Vetysulfaatti-ioni on huomattavasti heikompi happo kuin rikkihappo, eivätkä kaikki vetysulfaatti-ionit siis luovuta protonia. Vain noin 1,3 % vetysulfaatti-ioneista on protolysoitunut sulfaatti-ioneiksi yksimolaarisessa rikkihappoliuoksessa.[9]

H2SO4 + H2O → HSO4- + H3O+
HSO4- + H2O ⇌ SO42- + H3O+

Vetyionit (eli positiiviset yhden protonin vety-ytimet) eivät viihdy yksin vedessä vaan liittyvät heti vesimolekyyleihin. Tällöin muodostuu positiivisia oksoniumioneja, H3O+. Oksoniumionien suuri konsentraatio liuoksessa aiheuttaa happamuuden.

Epäjalot metallit, jotka sijaitsevat metallien sähkökemiallisessa jännitesarjassa ennen vetyä, reagoivat jo laimean rikkihapon kanssa. Tällöin hapon vetyatomit pelkistyvät ja reaktiossa syntyvän metallisulfaatin lisäksi muodostuu myös vetykaasua. Epäjalot metallit, jotka muodostavat ionin hapetusluvulla +II, reagoivat rikkihapon kanssa seuraavasti.

M(s) + H2SO4(aq) → MSO4(aq) + H2(g) [10]

Jalot metallit sijaitsevat jännitesarjassa ennen vetyä, joten vety ei kykene hapettamaan niitä, eivätkä ne liukene laimeaan rikkihappoliuokseen vetyä vapauttaen. Sen sijaan jaloista metalleista kupari, elohopea ja hopea liukenevat väkevään rikkihappoon, joka on erittäin vahva hapetin. Tällöin pelkistyy vetyatomien sijasta osa rikkihapon rikkiatomeista rikkidioksidiksi.

Cu(s)+ 2 H2SO4(aq) → CuSO4(aq) + SO2(g) + 2 H2O(l)

Erittäin jalot metallit kuten platina ja kulta eivät reagoi hapettuen edes väkevänkään rikkihapon kanssa.[10]

Puu koostuu pääasiassa hiilestä, hapesta ja vedystä. Kun puupalan päälle kaadetaan väkevää rikkihappoa, puu mustuu. Rikkihappo hajottaa puussa olevia yhdisteitä ja ryöstää yhdisteiltä veden alkuaineet, vedyn ja hapen. Jäljelle jää hiili, joka antaa puupalalle mustan värin.[11]

Väkevä rikkihappo sitoo hyvin vettä. Tästä syystä rikkihappoa voidaan käyttää kuivausaineena. Rikkihappoa käytetään kuivausaineena esimerkiksi silloin, kun ilmaa nesteytetään. Ennen nesteyttämistä ilma johdetaan väkevän rikkihapon läpi. Tällöin rikkihappo imee itseensä ilmassa olevan veden.

[muokkaa] Valmistus

Rikkikiisua.

Teollisuudessa rikkihappoa valmistetaan nykyisin hapettamalla rikkidioksidia rikkitrioksidiksi ja antamalla sen reagoida veden kanssa. Rikkidioksidia saadaan polttamalla rikkiä, pasuttamalla sulfidimineraaleja kuten rikkikiisua eli rautasulfidia tai hapettamalla divetysulfidia.[12]

S(s) + O2(g) → SO2(g)
4 FeS(s) + 7 O2(g) → SO2(g) + 2 Fe2O3(s)
2 H2S(g) + 3 O2(g) → 2 SO2(g) + 2 H2O
Rikkihapon valmistus muutamissa eri maissa 1970–2003.

Rikkidioksidi hapetetaan rikkitrioksidiksi. Apuna käytetään katalyyttiä, koska hapettuminen olisi hyvin hidasta ilman sitä. Peregrine Phillips keksi ensimmäisenä katalyytin (platina) hyödyn vuonna 1830, mutta hänen kehittämänsä kontaktiprosessi levisi hiljaa laajempaan käyttöön ja heikkosaantoisempi John Roebuckin reaktiomekanismiltaan eroava lyijykammioprosessi säilyi käytetyimpänä prosessina pitkään. Nykyiset teollisuusprosessit ovat Phillipsin kontaktiprosessin erilaisia muunnelmia. Aikaisemmin rikkihapon valmistuksessa katalyyttinä käytettiin lyijykammioprosessissa typpidioksidia, mutta nykyisin kontaktiprosessissa käytetyin katalyytti on divanadiinipentoksidi. Kontaktiprosessissa rikkitrioksidikaasu johdetaan erittäin väkevään 98-prosenttiseen rikkihappoliuokseen. Rikkitrioksidi reagoi liuoksessa olevan veden kanssa muodostaen rikkihappoa.[12]

2 SO2(g) + 2 O2(g) → 2 SO3(g)
SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(l)

[muokkaa] Lyijykammioprosessi

Kaavakuva lyijykammioprosessista. Osat ovat rikinpolttouuni (A), kammio, jossa tuotetaan typen oksideita useimmiten ammoniakkia polttamalla (B), Gloverin torni (C), reaktiokammiot (I,II ja III) ja Gay-Lussacin torni (D).

1800-luvun alkupuolelle asti rikkihappoa tuotettiin lasipulloihin.[13] John Roebuckin kehittämän lyijykammioprosessin rikkihapon teollinen tuotanto käynnistyi laajemmassa mittakaavassa. Lyijykammioprosessissa rikkidioksidi kerättiin suuriin kammioihin, joiden seinät oli vuorattu lyijylevyillä. Lyijy on yksi harvoista rikkihappoa kestävistä metalleista.[14] Alkuperäisessä lyijykammioprosessissa kuumennettiin kaliumnitraattia rikin kanssa, jolloin vapautui rikin oksideita ja typpimonoksidia. Tämän jälkeen kammioon päästettiin vettä, joka reagoi rikkitrioksidin kanssa muodostaen rikkihappoa.[13] Prosessia parantelivat muun muassa Charles Bernard Desormes ja Nicolas Clément sekä Charles Tennant, joka keksi erillisen rikinpolttokammion. John Gloverin ja Joseph-Louis Gay-Lussacin tekniset paranukset mahdollisitivat aiempaa selvästi väkevämmän hapon tuotannon. Vuonna 1818 Hill of Deptford käytti rikin lähteenä pyriittimalmeja. Tavasta tuli yleinen kaksikymmentä vuotta myöhemmin.[14]

Rikkihapon valmistus lyijykammioprosessilla perustuu rikkidioksidin hapettumiseen katalyyttinä toimivan typpimonoksidin avulla. Kemialliset reaktiot lyijykammioprosessissa ovat kuitenkin monimutkaisia eikä kaikista reaktiomekanismeista ole yksimielisyyttä. Yleisesti välituotteena katsotaan syntyvän nitrosyylirikkihappoa.[15]

Pyriittimineraali poltetaan uunissa, josta se yhdessä typen oksidien kanssa johdetaan Gloverin torniin. Gloverin torni on 6–8 metriä korkea torni, joka on täytetty puolilleen happoa kestäviä kiviä. Tornin lämpötila on 130 °C. Tornin ylä osasta suihkutetaan väkevää rikkihappoa, jossa on mukana nitrosyylirikkihappoa, joka reagoi rikkidioksidin kanssa muodostaen rikkihappoa ja typpimonoksidia.[15]

Gloverin tornista reaktiiviset kaasut happi, typpimonoksidi ja rikkidioksidi johdetaan lyijyseinäisiin reaktiokammioihin. Kammion lämpötila on välillä 30–65 astetta ja voi vaihdella kammioissa prosessin aikana. Kammioihin suihkutetaan vettä ja tapahtuvat reaktiot ovat[15]:

NO + ½ O2 → NO2
2SO2 + 3 NO2 + H2O → NOHSO4 + NO
2 NOHSO4 + H2O → H2SO4 + NO + NO2

Syntyvä rikkihappo johdetaan talteen kammioiden pohjalta. Lyijykammioprosessissa tuotettava rikkihappo on väkevyydeltään 62–77-prosenttista. Siinä on usein epäpuhtauksina typpihappoa, typpihapoketta, lyijysulfaattia, seleenihappoa, arseenitrioksidia sekä pieniä määriä metalleja.[15]

Kaasumaiset typen oksidit ja happi johdetaan kammioista Gay-Lussacin torniin, joka on 12–15 metriä korkea ja täytetty kivillä. Tornin yläosasta tihkuu kivien joukkoon rikkihappoa, joka on johdettu Gloverin tornista. Tornissa tapahtuvat reaktiot ovat:

H2SO4 + NO + NO2 → 2 NOHSO4 + H2O
H2SO4 + N2O4 → NOHSO4 + HNO3

Muodostuva rikkihapon ja nitrosyylihapon seos johdetaan Gloverin torniin. Typen oksidit siis kiertävät prosessin aikana lähes kulumattomina. Niitä voidaankin pitää prosessin katalyytteinä. [15]

[muokkaa] Kontaktiprosessi

Peregrine Phillips vuonna 1831 patentoimassa kontaktiprosessissa rikkidioksidi hapetetaan rikkitrioksidiksi katalyytin avulla. Nykyisin useimmiten käytettävä katalyytti on divanadiinipentoksidi. Rikkidioksidi johdetaan reaktiokammioon, jonka lämpötila on 400–450 °C ja paine on yhdestä kahteen ilmakehän painetta. Näissä oloissa rikkidioksidin katalyyttinen hapettuminen on hyvin tehokasta, noin 99,5 prosenttia rikkidioksidista hapettuu. [16]

Katalyytti on divanadiinipentoksidin ja kaliumsulfaatin tai -pyrosulfaatin seos piidioksidialustalla. Vanadiinikatalyytti pelkistyy divanadiinitetroksidiksi hapettaen rikkidioksidin rikkitrioksidiksi. Divanadiinitetroksidi reagoi reaktorissa olevan hapen kanssa palautuen divanadiinipentoksidiksi ja uudelleen käytettäväksi.[17]

SO2 + V2O5 → SO3 + V2O4
V2O4 + ½ O2 → V2O5

Muodostunut rikkitrioksidi johdetaan väkevään rikkihappo liuokseen, jolloin muodostuu niin sanottua savuavaa rikkihappoa, joka hydrolysoituu rikkihapoksi. [16]

[muokkaa] Käyttö

[muokkaa] Yleistä

Rikkihappo on eniten käytetty teollisuuskemikaali.[11] Yhdysvaltojen vuosittainen rikkihappotuotanto on noin 40 miljoonaa tonnia ja maailmanlaajuinen tuotanto on noin 150 miljoonaa tonnia.[12] Sitä käytetään sellu- ja paperiteollisuudessa, kaivos- ja metalliteollisuudessa sekä kemianteollisuudessa muun muassa fosfaattien, lannoitteiden, titaanidioksidin ja viskoosin valmistukseen.[18] Öljyteollisuudessa rikkihappoa käytetään epäpuhtauksien poistamiseen. Sitä käytetään myös metallipintojen puhdistukseen, malmien käsittelyyn, kemiallisten reaktioiden katalyyttinä ja muiden epäorgaanisten happojen lähtöaineena. Rikkihappoa käytetään myös veden poistamiseen orgaanisista yhdisteistä. Suurin osa valmistetusta rikkihaposta käytetään fosfaattilannotteiden valmistamiseen.[19]

98-prosenttisen rikkihapon mustuttama paperipyyhe.

Rikkihapon 25–30-prosenttista liuosta käytetään lyijyakkujen akkuhappona.

[muokkaa] Käyttö lannoitteiden valmistuksessa

Saksalainen kemisti Justus von Liebig loi tutkimuksillaan pohjan lannoitteiden teolliselle valmistukselle. Rikkihapon käyttöä lannoitteiden valmistuksessa tutki ensimmäisenä James Murray, joka liuotti luita rikkihappoon ja sai kenttätutkimuksensa valmiiksi vuonna 1817. Hänen poikansa John Fischer Murray haki vuonna 1842 patentin menetelmällään valmistaa lannoitteita kalsiumfosfaatista ja rikkihaposta. Myös John Bennet Lawes patentoi vuonna 1842 samankaltaisen menetelmänsä superfosfaattilannoitteiden eli kalsiumdivetyfosfaattilannoitteiden valmistukseen. Lawes oli Murrayta parempi keksintönsä markkinoinnissa ja hän osti vuonna 1846 oikeudet myös Murrayn patenttiin. Ensimmäisen tehtaansa Lawes perusti vuonna 1844.[19]

Perinteisessä kalsiumdivetyfosfaatin eli superfosfaatin valmistuksessa käytetyssä märkäprosessissa kalsiumfosfaattipitoista kiveä käsitellään 93-prosenttisella rikkihappoliuoksella kahdeksan tunnin ajan. Tällöin reaktiotuotteina syntyy kalsiumdivetyfosfaattia ja sivutuotteena kalsiumsulfaattia. [19]

Ca3(PO4)2 + 2 H2SO4 → Ca(H2PO4)2 + 2 CaSO4

Rikkihappoa käytetään myös toisen tärkeän lannoitteen ammoniumsulfaatin valmistukseen. Ammoniumsulfaatin valmistuksessa ammoniakkikaasua johdetaan reaktoriin, jossa on kylläistä ammoniakkisulfaattiliuosta ja hieman rikkihappoa. Reaktorin lämpötila on 60 °C. Reaktoriin johdetaan samanaikaisesti väkevää rikkihappoa pitämään vapan rikkihapon pitoisuuden oikeana. Ammoniumsulfaatti kiteytyy kylläisestä liuoksesta reaktorin pohjalle ja voidaan erottaa. Kuivaa ammoniumsulfaattijauhetta voidaan myös valmistaa suihkuttamalla rikkihappoa ammoniakkia sisältävään kammioon. [20]

2 NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4

[muokkaa] Rikkihapon käyttö puhdistukseen

Elektroniikkateollisuudelle tärkeiden piikiekkojen puhdistukseen orgaanisista epäpuhtauksista käytetään niin kutsuttua SPM- eli piranha-liuosta, joka sisältää rikkihappoa.[21]

[muokkaa] Käyttö orgaanisen kemian synteeseissä

Vahva rikkihappo tai vaihtoehtoisesti fosforihappo kykenevät eliminoimaan alkoholeista hydroksyyliryhmän. Eli poistomaan alkoholien tunnusryhmän ja muodostamaan alkeenejä ja vettä. Rikkihappo luovuttaa alkoholimolekyylille protonin, jolloin alkoholi muuttuu karbokationiksi ja hydroksyyliryhmä irtoaa muodostaen vettä. Veden poistuessa hiilten välille muodostuu kaksoissidos. Helpoiten dehydraatio tapahtuu tertiäärisille alkoholeille (noin 100°C lämpötilassa) ja vaikeammin sekundäärisille ja primäärisille alkoholeille (primääriset alkoholit vaativat noin 200°C dehydratoituakseen). [22][23] Esimerkissä etanolin dehydraatio, jolloin syntyy eteeniä.

Esterisynteesissä rikkihapolla on kaksi tehtävää. Se toimii happamana katalyyttinä ja veden poistajana. Rikkihappo luovuttaa protonin karboksyylihapolle, jolloin muodostuu positiivinen ioni, joka reagoi helposti nukleofiilisen alkoholi molekyylin kanssa. Syntyvä välituote luovuttaa protonin ja rakenteesta lohkeaa vesimolekyyli, jolloin syntyy esteri.[24] Esterisynteesi on tasapainoreaktio. Väkevä rikkihappo kykenee sitomaan itseensä vettä, jolloin esterisynteesin tasapaino siirtyy oikealle eli reaktiotuotteiden puolella ja esterin saanto paranee.[25] Esimerkkinä etanolin ja etaanihapon reaktio, jossa syntyy etyyliasetaattia.

Rikkihappo toimii katalyyttinä niin ikään eetterisynteesissä, jossa se luovuttaa protonin alkoholimolekyylille, josta muodostuu karboniumioni, joka reagoi toisen alkoholimolekyylin kanssa muodostaen eetterin. Eetterisynteesissä sivutuotteena voi syntyä rikkihapon hiilivetyjohdannaisia. [26]

[muokkaa] Rikkihappo ympäristössä

[muokkaa] Maapallolla

Happosateiden tuhoamaa metsää.
Happosateiden vaurioittama gargoili.

Rikkihappoa syntyy ilmakehässä palokaasujen reaktioissa sekä vulkaanisissa purkauksissa. Se on typpihapon ohella yksi tärkeimmistä happosateiden ja happamoitumisen aiheuttajista. Polttoaineiden epäpuhtauksista joutuu ilmakehään rikkiä, joka hapettuu rikkidioksidiksi. Kuivassa ilmassa suurin osa rikkidioksidista varisee kuivalaskeumana maahan, pieni osa hapettuu rikkihapoksi. Jos ilmassa on vesipisaroita: pilviä, sumua tai sadepisaroita, rikkidioksidi voi hapettua nestefaasissa.[27] Reaktiot ilmakehässä kestävät yleensä muutamia päiviä, jonka aikana ilmakehän rikki on ehtinyt kulkeutua jopa sadankin kilometrin päähän. Sen vuoksi rikkiemission vaikutukset, kuten joidenkin eliöryhmien lähes täydellinen puuttuminen, eivät välttämättä näy rikkiä vapauttavan kohteen ympäristössä. Happosateet nopeuttavat myös rakennusten ynnä muiden rakennelmien rapautumista, koska esimerkiksi muurilaasti ja rappaus sisältävät happojen kanssa herkästi reagoivaa kalsiumkarbonaattia.

Happosateet olivat 1980-luvulle asti suuri ongelma Euroopan teollistuneilla alueilla kuten Englannissa ja Ruhrin alueella Saksassa, missä poltettiin paljon rikkipitoista hiiltä. Näillä alueilla rikkipäästöt saatiin kuriin ja Euroopan rikkidioksidipäästöt pienenivät puoleen vuosina 1980–1995. Samoin Yhdysvalloissa päästöt ovat vähentyneet rajusti, muun muassa rikkipäästöjä säätelevän Clean Air Act -lain ansiosta. Ongelma on edelleen ajankohtainen Kiinassa, Koreassa, Venäjällä ja Itä-Euroopassa.[28] Liikenteen rikkipäästöt ovat vähentyneet, kun on siirrytty käyttämään vähärikkisempiä polttoaineita.[29] Suomen rikkilauskeuma on pienentynyt, mutta happamoituminen näkyy edelleen herkimmillä alueilla.[30]

[muokkaa] Venuksessa

Maan ulkopuolella rikkihappoa on havaittu Venuksessa, sekä mahdollisesti Jupiterin Europa-kuussa. Venuksen rikkihappo syntyy hiilidioksidin, veden ja rikkidioksidin valokemiallisessa reaktiossa. Ensimmäisessä vaiheessa Venuksen kaasukehään tunkeutuva alle 169 nm:n ultraviolettisäteily hajottaa hiilidioksidin hiilimonoksidiksi ja hapen alkuainemuotoon, joka on hyvin reaktiivinen. Venuksen kaasukehästä suurin osa on hiilidioksidia. Happi reagoi rikkidioksidin kanssa, jota löytyy runsaasti Venuksen kaasukehän pilvistä, muodostaen rikkitrioksidia, joka veden kanssa muodostaa lopulta rikkihappoa. Kokonaisreakti voidaan siis ilmoittaa seuraavasti:

CO2 → CO + O
SO2 + O → SO3
SO3 + H2O → H2SO4

Rikkihappo muodostaa paksuja pilviä noin 45–70 kilometrin korkeuteen Venuksen pinnasta. Pilvet ovat niin paksuja, ettei valo pysty läpäisemään niitä ja siksi Venuksen pintaa ei voida havainnoida tavallisilla optisilla kaukoputkilla. Rikkihappo varautuu helposti, minkä vuoksi Venuksen kaasukehässä salamoi usein.[31] Rikkihapon sataessa pisara ei koskaan saavuta Venuksen pintaa. Aluksi pisaroiden vesi haihtuu, ja lopulta pisaran saavutettua kaasukehän alemman osan on lämpötila niin korkea, että rikkihappo hajoaa rikkitrioksidiksi ja vedeksi, joista aiempi hajoaa nopeasti hapeksi ja rikkidioksidiksi. Happi reagoi kaasukehän hiilimonoksidin kanssa muodostaen hiilidioksidia.

[muokkaa] Katso myös

[muokkaa] Lähteet

[muokkaa] Viitteet

  1. ↑ Rikkihapon kansainvälinen kemikaalikortti
  2. ↑ Sulfuric acid Encyclopedia Britannica. Viitattu 24.6.2009. (englanniksi)
  3. ↑ Sulfuric acid SRI Consulting CEH Report: Sulfuric acid. Viitattu 29.6.2009. (englanniksi)
  4. ↑ 100 Most important Chemical compounds, s. 271
  5. ↑ Martti Kervinen & Irma Parkkila: Maol-taulukot, s. 79. Otava, 2005 (2. painos). ISBN 20607-9.
  6. ↑ Thomas Scott, Mary Eagleson: Concise encyclopedia chemistry, s. 1053. Walter de Gruyter, 1994. ISBN 978-311-011-451-5. (englanniksi)
  7. ↑ Rikkihappo Ketsu
  8. ↑ Rikkihapon ominaisuuksia Lukion kemian demonstraatioita
  9. ↑ Wiberg, Wiberg & Holleman, s. 547
  10. ↑ 10,0 10,1 Wiberg, Wiberg & Holleman, s. 548
  11. ↑ 11,0 11,1 Kokeita rikkihapolla, OPH, Etälukion kemia
  12. ↑ 12,0 12,1 12,2 Bassam Z. Shakhashiri: Sulfuric acid Viitattu 13.6.2009. (englanniksi)
  13. ↑ 13,0 13,1 100 Most important Chemical compounds, s. 272
  14. ↑ 14,0 14,1 A Short History of Technology, s. 535
  15. ↑ 15,0 15,1 15,2 15,3 15,4 Systematic Inorganic Chemistry, s. 333–335
  16. ↑ 16,0 16,1 The Contact Process ChemGuide. Viitattu 30.6.2009.
  17. ↑ Handbook of Sulfuric Acid Manufacturing
  18. ↑ Onnettomuuden vaaraa aiheuttavat aineet, Työterveyslaitos: Rikkihappo
  19. ↑ 19,0 19,1 19,2 Gerald Kutney: Sulfur, s. 36. , .
  20. ↑ Pradyot Patnaik; Handbook of inorganic chemicals s. 44 Viitattu 27.6.2009
  21. ↑ Handbook of Silicon Wafer Cleaning Technology, s. 211-212. William Andrew, 2007. Teoksen verkkoversio. (englanniksi)
  22. ↑ Johnson s.209
  23. ↑ Tapio Nevalainen: 8.6 Alkoholien reaktiot Kuopion yliopisto. Viitattu 7.7.2009.
  24. ↑ Johnson s. 557
  25. ↑ 9.3 The acidic environment: 5. Esterification Charles Sturt University. Viitattu 7.7.2009. (englanniksi)
  26. ↑ Alexander s. 214
  27. ↑ Happamoituminen
  28. ↑ Vartia P: Talouden ilmiöitä - teemana globalisaatio, s. 34. ISBN 978-951-628-464-7. Helsinki: Taloudellinen Tiedotustoimisto, 2007. Teoksen verkkoversio.
  29. ↑ Bensiinin energia- ja päästöominaisuudet ja ympäristövaikutukset Motiva. Viitattu 20.6.2009.
  30. ↑ Metsien elinkykyyn kiinnitetään huomiota Suomella on raskas ekologinen jalanjälki, Tilastokeskus
  31. ↑ Acid clouds and lightning ESA. Viitattu 13.7.2009. (englanniksi)

[muokkaa] Aiheesta muualla

Haettu osoitteesta http://fi.wikipedia.org/wiki/Rikkihappo
Henkilökohtaiset työkalut