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Synthèse de l'acide sulfurique

Dossier - Tout savoir sur le soufre
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Le soufre, l’acide sulfurique et leurs dérivés sont présents partout dans notre existence : pollution, engrais, chimie industrielle etc. Ce dossier vous donnera l’occasion de faire le point sur cet élément et ses nombreux composés dont certains, les protéines, sont essentiels à la vie !

  
DossiersTout savoir sur le soufre
 

Encyclopédie ou Dictionnaire raisonné des sciences des arts et des métiers
Denis Diderot et Jean le Rond d'Alembert, définition :

Acide sulfurique

« VITRIOL, s. m. (Hist. nat. Minéralog.) c'est un sel d'un goût acerbe et astringent, forme par l'union d'un acide particulier, que l'on nomme vitriolique, avec du fer, du cuivre ou du zinc, ou avec une terre ; il est ou vert, ou bleu, ou blanc.

Suivant que l'acide vitriolique est combiné avec ces différentes substances, il constitue des vitriols différents. Quand il est combiné avec le fer, il forme un sel d'une couleur verte plus ou moins foncée, que l'on nomme vitriol de Mars, ou martial, ou couperose verte ; quand ce même acide est combiné avec le cuivre, il fait un sel d'une couleur bleue, que l'on nomme vitriol de Vénus, vitriol cuivreux, vitriol bleu, couperose bleue, vitriol de Chypre, etc... Quand cet acide est combiné avec le zinc, il fait un sel blanc que l'on nomme vitriol blanc, couperose blanche, vitriol de Goslar, ou vitriol de zinc.

L'acide vitriolique qui produit ces différens sels, est aussi appellé acide universel, parce qu'il est répandu dans notre atmosphere ; mais surtout il est propre au règne minéral. Il est le même que celui qui se trouve dans le soufre, et alors cet acide est combiné avec le phlogistique des matières inflammables.

Ce qui prouve que l'acide vitriolique est répandu dans l'air, c'est que si on expose à l'air un sel alkali, il se dissout et devient liquide ; et si on fait évaporer cette liqueur, on obtient un sel que l'on appelle tartre vitriolé, qui est exactement de la même nature que celui qui se fait par art en combinant ensemble de l'acide vitriolique avec un alkali fixe. A la vûe de la prodigieuse quantité de soufre que la terre renferme dans son sein, et qui est ordinairement combiné avec les métaux dans les mines, on ne peut douter que l'acide vitriolique n'y soit très-abondant ; mait alors il a des entraves, puisqu'il est lié par la partie grasse du soufre qui est uni avec les substances métalliques. »

Jabir ibn Hayyan alchimiste

Evidemment « l'acide vitriolique » fait tout de suite penser à l'alchimie et on peut lire encore de nos jours des stupidités du genre« L'alchimie se conçoit à la fois spirituellement et au laboratoire: l'alchimie spirituelle et l'alchimie pratique sont indissociables et se pratiquent ensemble... » et malheureusement bien d'autres ! sur des sites internet, entre autres, mais aussi dans de nombreux articles sur les sciences plus ou moins occultes : l'alchimie n'a plus de raison d'être aujourd'hui si ce n'est pour l'étude de l'histoire, en effet, la chimie ne serait pas née sans elle : ils furent, ces alchimistes, des esprits curieux et méthodiques, imprégnés de surnaturel comme tout le Moyen Age, mais c'est du passé !

L'acide sulfurique est un des produits chimiques industriels les plus important. Sa synthèse est opérée à partir du soufre. Dans certains sites, le minerai est grillé ; par exemple la pyrite FeS2 : on obtient du SO2

Celui-ci est oxydé en acide sulfurique par 2 procédés :

- Procédé des chambres de plomb qui permettent de récupérer l'acide sulfurique, car le plomb se recouvre de sulfate de plomb PbSO4, insoluble dans l'acide sulfurique.  Il se forme intermédiairement le sulfate acide de nitrosyle HO-SO2-ONO .

- Procédé de contact : découvert en 1831 à Bristol. En 1891, BASF découvre le pentoxyde de divanadium V2O5 catalyseur le plus efficace.
Ceci consiste à oxyder de l'anhydride sulfureux en anhydride sulfurique en présence d'un catalyseur. L'anhydride sulfurique formé est absorbé dans une solution d'acide sulfurique qui ruisselle dans des tours d'absorption. Lorsque cette solution est concentrée, elle est recueillie et stockée.

Un excès d'air, augmente le rendement. A 700 K, et sous 1 bar, le rendement est de 0,99 . Tout le dioxyde de soufre est donc oxydé, ce qui rend inutile un quelconque recyclage de ce gaz.

Le SO3 est un « poison » pour le catalyseur, et il faut l'éliminer rapidement au fur et à mesure. On constate que plus la quantité d'oxygène est importante plus la réaction est complète à condition d'éliminer le trioxyde dès sa formation, d'où la synthèse en continu.

Le catalyseur est formé de V2O5 (par calcination de NH4VO3), auquel on ajoute un peu de K2O et Na2O .

La température est de 450°C sous pression atmosphérique.

Propriétés

-- Formule brute (2H3O+) + (SO4 2-)
-- Liquide transparent
-- Masse moléculaire 98,1 u
-- Température de fusion 283 K (10 °C)
-- Température de vaporisation 610 K (337 °C)
-- Miscible (réaction exothermique)
-- Densité 1.84g.cm-3 (liquide)
-- Inhalation Les vapeurs peuvent être mortelles.
-- Peau et yeux et ingestion Graves brûlures

Au CIS de l'Organisation Internationale du Travail on trouve « des modules de formation à la sécurité chimique ont pour objectif d'introduire la sécurité dans l'utilisation des produits chimiques sur les lieux de travail, de présenter les systèmes de classification pour leur étiquetage et transport, de faciliter la compréhension et la lecture des fiches de sécurité chimique, de mettre en évidence les éléments toxicologiques importants et de donner des informations sur les différentes substances dangereuses dont l'utilisation est très répandue.

OIT

Ce matériel de formation s'adresse à toute personne désirant élargir ses connaissances en matière de sécurité chimique, notamment :
- à celles qui manipulent des produits chimiques au travail;
- à celles qui doivent décider de mesures réquerant des informations sur les produits chimiques, telles que les travailleurs;
- aux préposés à la sécurité qui ont besoin d'informations sur les caractéristiques physiques et chimiques d'une substance donnée;
- aux inspecteurs du travail qui cherchent à connaître des limites d'exposition professionnelle;
- aux personnes chargées de la formation à la manipulation et à l'utilisation des produits chimiques. »

Pictogrammes des produits nocifs

Quelques réactions :

-- Avec l'acide nitrique, l'acide sulfurique forme l'ion nitronium, qui est employé dans la nitration des composés pour fabriquer les explosifs : trinitrotoluène par ex.

-- Avec l'eau il dégage beaucoup de chaleur et peut même conduire à provoquer des projections de liquide : on met toujours l'acide dans l'eau dans l'ordre alphabétique ! C'est donc un agent de déshydratation, et s'emploie pour préparer les fruits secs par exemple.

Son affinité pour l'eau est telle qu'il prend des atomes d'hydrogène et d'oxygène à d'autres composés : un mélange de glucose et d'acide sulfurique concentré donne du carbone et de l'eau (qui dilue l'acide). La réaction est spectaculaire !

-- Avec de nombreux produits organiques,

* métaux :  zinc, fer, cuivre et certaines fontes mais pas le plomb. Il n'a d'action sur le fer, l'acier et la fonte qu'à chaud.
* sels : carbures, chlorates, chromates, nitrates, permanganates, fulminates, de façon très exothermique voirexplosive.
-- Avec les bases fortes anhydres ou en solutions concentrées pour donner un sel et de l'eau.

Utilisations principales :

-- production d'engrais à base de phosphates et de sulfate d'ammonium. \n-- fabrication des produits commerciaux : fibres textiles, pigments, explosifs, alcools, plastiques, colorants, médicaments, détergents, caoutchouc, papier, catalyseurs, accumulateurs au plomb
-- industrie chimique et minière : acides chlorhydrique et fluorhydrique, sulfates d'aluminium et de cuivre, composés chimiques renfermant du chrome.
raffinage du pétrole, décapage du fer, de l'acier et d'autres métaux, agent de lixiviation pour les minerais, bains galvanoplastiques, agent d'alkylation,
réactif de laboratoire.

L’acide du commerce

L'acide sulfurique est vendu et utilisé en différentes concentrations :

- qualité technique (78 à 93 %)
- concentré (96, 98-99 et 100 %).

Parmi les impuretés, il y a des métaux, fer, cuivre, zinc, arsenic, plomb, mercure et sélénium, acide sulfureux (SO2), nitrates et chlorures.

Le numéro de registre CAS de l'acide sulfurique est 7664-93-9 est attribué par le Chemical Abstracts Service et sert de numéro d'identification dans le monde entier.