Το θειικό οξύ: Μια επικίνδυνη καυστική ένωση

Το σημερινό θέμα των Χημικών πτήσεων είναι λίγο καυστικό, με την κυριολεκτική σημασία της λέξεως. Θειικό οξύ ή βιτριόλι στον εμπορικό κόσμο, (sulfuric acid ή sulphuric acid στην Αγγλική ορολογία) είναι το όνομα ενός άχρωμου, και σχετικά ιξώδους ελαιώδες υγρού με μοριακό τύπο H2SO4 . Αυτή χημική ουσία παράγεται σε μεγαλύτερη ποσότητα από οποιαδήποτε άλλη και είναι το φθηνότερο οξύ βιομηχανικής χρήσης. Δυστυχώς σε πολλές περιπτώσεις έχει συνδεθεί με επικίνδυνες επιθέσεις εναντίον προσώπων και όχι μόνο.

Το θειικό οξύ: Μια επικίνδυνη καυστική ένωση

Το βιτριόλι κανονικά για να αγοραστεί θα πρέπει ο κάτοχος-εταιρεία-πανεπιστήμιο να αποδείξει ότι το χρειάζεται είτε για εργαστηριακή χρήση ή για βιομηχανική χρήση, ωστόσο σήμερα το deep web δίνει την δυνατότητα σε ανθρώπους που δεν έχουν σχέση με τα παραπάνω, να το προμηθεύονται με το γνωστό αποτέλεσμα. Ωστόσο η συγκεκριμένη ουσία, που πρωτοανακαλύφθηκε από τους αλχημιστές, έχει την δικής της ιστορία και μεγάλο χημικό ενδιαφέρον.

Οι αλχημιστές, που το ανακάλυψαν, για όσους τους διαφεύγει αυτή η ιστορική γνώση ήταν η πρώτοι χημικοί, που εμφανίστηκαν στα αρχαία χρόνια και ανθήσαν ιδιαίτερα στα μεσσαιωνικά χρόνια. Πολλά από αυτά που γνωρίζουμε σήμερα, προέρχονται από αυτούς, ανεξαρτήτως εαν οι σκοποί τους ήταν λίγο εξωπραγματικοί, αφού σύμφωνα με τα ιστορικά στοιχεία που διαθέτουμε σήμερα, ήθελαν να ανακαλύψουν την λεγόμενη φιλοσοφική λιθο, που θα πετύχαινε δύο σκοπούς, πρώτον την μετατροπή των μη πολύτιμων μετάλλων σε χρυσό και δεύτερον την παρασκευή του ελιξήριου της ζωής που θα εξασφάλιζε την αθανασία.

Cornelis Pietersz Bega, Ο Αλχημιστής (1663). Μουσείο Γκέτι.

Η αλχημεία ήταν αποκρυφιστική τεχνική και συχνά υπέστει απαγορεύσεις, ωστόσο η προσφορά της στην επιστήμη ήταν ανεκτίμητη, και κάποια στιγμή θα αναφερθούμε ιδιαίτερα σε αυτή. Κύριες χρήσεις του θειικού οξέος στις μέρες μας βρίσκεται στα υγρά μπαταρίας διαφόρων οχημάτων, στην κατεργασία ορυκτών, στην παρασκευή λιπασμάτων, στην διύλιση του πετρελαίου, στην κατεργασία αποβλήτων και στην χημική σύνθεση.

Ιστορική διαδρομή

Τα θειικά άλατα πολλών μετάλλων ήταν γνωστά από την αρχαιότητα, αφού αρκετά από αυτά βρίσκονταν ως ορυκτά, τα οποία συνήθως συνοδεύουν τα αντίστοιχα θειούχα ορυκτά. Από τα γνωστά κείμενα φαίνεται μάλιστα ότι ήταν ήδη γνωστά από εποχή των Σουμερίων (3.800 π.Χ.), όπου κατατάσσονταν ανάλογα με το χρώμα τους. Αναφορές σε αυτά κάνουν στα έργα τους ο ιατρός και φαρμακολόγος Διοσκουρίδης (40-90 μ.Χ) και ο Ρωμαίος φυσιοδίφης Πλήνιος ο Πρεσβύτερος (Pliny the Elder, 23-79 μ.X.), ενώ ο διασημότερος ιατρός της αρχαιότητας, ο Γαληνός (Galen, 129-216 μ.Χ.) αναφέρει κάποιες ιατρικές χρήσεις τους.

Ορισμένες χρήσεις αυτών των ουσιώνκαταγράφονται στη μεταλλουργία κατά τις ελληνιστικές περιόδους, όπου αναφέρονται στην επιστημονική πραγματεία Phisica et Mystica (Φυσικά και Μυστικά) του Βώλου του Μενδήσιου (2ος αιώνας π.Χ., Bolus of Mendes), στον πάπυρο Leyden papyrus X., όπως και από τον πλέον διάσημο αλχημιστή εκείνης της εποχής, τον Ζώσιμο τον Πανωπολίτη (3ος-4ος αιώνας μ.Χ., Zosimos of Panopolis).

Οι Πέρσες αλχημιστές Jābir ibn Hayyān (721-815, γνωστός στην Ευρώπη ως Geber) και Ibn Zakariya al-Razi (865-925, γνωστός ως Rhazes) δίνουν επίσης περιγραφές για αυτά. Ο διάσημος ιατροφιλόσοφος Ibn Sina (980-1037, γνωστός ως Avicenna) επικέντρωσε την περιγραφή του στις ιατρικές χρήσεις τους.Ο Ibn Zakariya al-Razi πειραματίσθηκε με την ξηρή απόσταξη σε κεραμικό άμβυκα ορυκτών θειικών αλάτων, που αναφέρονται στα αλχημιστικά κείμενα αντιστοίχως ως copperas και χάλκανθος.

Το βιτριόλι (θειικό οξύ), όπως το γνωρίζουμε σήμερα, αρχίζει να εμφανίζεται στα εργαστήρια των αλχημιστών της Ευρώπης κατά τον 13ο αιώνα και μάλιστα θεωρήθηκε αλχημιστική ουσία πρώτιστης σημασίας, ιδιαίτερα για τη χρήση της στην αναζήτηση της φιλοσοφικής λίθου. Οι αλχημιστές είχαν εντυπωσιαστεί από το γεγονός ότι το βιτριόλι κατέτρωγε (διέλυε) όλα τα μέταλλα εκτός από τον χρυσό, η παρασκευή του οποίου ήταν ο στόχος των περισσότερων αλχημιστών.

Η σημασία του θειικόύ οξέος για την αλχημεία τονίζεται στην αλχημιστική συμβουλή: “Visita Interiora Terrae Rectificando Invenies Occultum Lapidem (V.I.T.R.I.O.L.)”, που σήμαινε: “Επισκέψου τα έγκατα της Γης και καθαρίζοντας θα ανακαλύψεις τη μυστική (φιλοσοφική) λίθο”.Εξού και το εμπορικό όνομα.

Το κείμενο αυτό αποδίδεται στον Γερμανό αλχημιστή του 15ου αιώνα τον Basilius Valentinus, στο σύγγραμμά του “L’ Azoth des Philosophes”. Πολλές πηγές αναφέρουν τον Valentinus ως τον πρώτο που εισήγαγε το θειικό οξύ στα αλχημιστικά εργαστήρια της Ευρώπης, αν και τόσο η ταυτότητα του ίδιου, όσο και η αυθεντικότητα των αναφερόμενων ως συγγραμμάτων του αμφισβητούνται από πολλούς ερευνητές. Γενικά πάντως, λίγα πράγματα ήταν γνωστά για το θειικό οξύ πριν από τον 16ο αιώνα. Σε κάποιες ποσότητες παρασκευάστηκε, γύρω στο 1600, από τον διάσημο για τις μελέτες του στα αέρια Φλαμανδό ιατροχημικό Johann Van Helmont (1580-1644), με ξηρή απόσταξη του ένυδρου θειικού σιδήρου(ΙΙ), όπως επίσης και με οξείδωση του θείου.

Το 1787, ο διάσημος Antoine Lavoisier (1743-1793) διαπίστωσε ότι το θειικό οξύ ήταν ένωση υδρογόνου, οξυγόνου και θείου και αντικατέστησε τη μέχρι τότε κοινή ονομασία του βιτριολικό οξύ (vitriolic acid) με τη σύγχρονη ονομασία θειικό οξύ (sulfuric acid), με βάση το σύστημα ονοματολογίας των οξέων και των αλάτων τους που ο ίδιος εισήγαγε.

Οι ιδιότητές του

Ο χημικός τύπος του θειικού οξέος σε 2D-απεικόνιση

Το θειικό οξύ είναι ισχυρότατα διαβρωτικό και καυστικό οξύ, όπως και οξειδωτικό σε μεγάλες συγκεντρώσεις και υψηλές θερμοκρασίες. Επιπλέον, το πυκνό θειικό οξύ διαθέτει εντονότατη αφυδατική δράση και όταν έρθει σε επαφή με οργανική ύλη (π.χ. ξύλο, χαρτί) την απανθρακώνει αφαιρώντας μόρια ύδατος. Αναμιγνύεται με το νερό σε οποιαδήποτε αναλογία με έκλυση μεγάλων ποσών θερμότητας.

Ο χειρισμός του θειικού οξέος και ειδικότερα των πυκνών διαλυμάτων του (Από 1Μ και πάνω) απαιτεί γνώση των ιδιοτήτων του, μεγάλες προφυλάξεις, διότι μπορεί να προκαλέσει σοβαρότατα εγκαύματα στο δέρμα και μπορεί εύκολα να κάψει τα ρούχα. Το θειικό οξύ είναι η πρώτη χημική ένωση από άποψη ποσότητας ετήσιας παραγωγής από τη χημική βιομηχανία και σχεδόν όλες οι χώρες του κόσμου διαθέτουν μονάδες παραγωγής θειικού οξέος.

Σήμερα, η παγκόσμια παραγωγή του θειικού οξέος έχει ξεπεράσει τα 250 εκατομμύρια μετρικών τόνων και συνεχίζει να αυξάνεται με ρυθμό 3% κατά τα τελευταία χρόνια. Η ετήσια ποσότητα θειικού οξέος που καταναλώνει μια χώρα αποτελεί αψευδές μέτρο της δυναμικότητας της χημικής βιομηχανίας της.

Ο χημικός τύπος του θειικού οξέος σε 3D-απεικόνιση

Στο εμπόριο το θειικό οξύ διατίθεται κυρίως με περιεκτικότητα 96-98% (18Μ η πιο συνηθισμένη συγκέντρωση). Αν και είναι εύκολη η παρασκευή του σε καθαρή μορφή (100%), η διάθεσή του στη μορφή αυτή αποφεύγεται, επειδή το καθαρό H2SO4 στερεοποιείται σε σχετικά συνήθεις θερμοκρασίες (σ.τ. = 10,5ºC), γεγονός που καθιστά δύσκολη τη μετάγγισή του από δεξαμενές ή άλλους περιέκτες.

Το θειικό οξύ άρχισε να παρασκευάζεται σε εμπορική κλίμακα κατά τα μέσα του 18ου αιώνα. Οι αρχικές μέθοδοι παρασκευής του δεν διέφεραν ουσιαστικά από εκείνες των αλχημιστών και βασίζονταν στη διάσπαση ένυδρων θειικών αλάτων (κυρίως του FeSO4·7H2O), όπως και στην οξείδωση του στοιχειακού θείου με νίτρο (KNO3). Οι μέθοδοι παρασκευής περιγράφονται στην κύρια πηγή αυτού του άρθρου (Χημική ένωση του μήνα-χημικό τμήμα Αθήνας)

Το διάλυμα πιράνχα

Μερικές από τις διαβρωτικές ικανότητες του Πιράνχα

Μίγμα πυκνού θειικού οξέος (98%) – υπεροξειδίου του υδρογόνου (30%) 3:1 είναι γνωστό με το χαρακτηριστικό όνομα διάλυμα πιράνχα (Piranha solution). Το μίγμα αυτό δρα ως ισχυρότατο διαβρωτικό και οξειδωτικό και χρησιμοποιείται για την πλήρη απαλλαγή των υάλινων σκευών και από το τελευταίο ίχνος οργανικής ουσίας (π.χ. από λιπαρές ουσίες). Παρασκευάζεται με σταδιακή προσθήκη και υπό ψύξη του Η2Ο2 στο H2SO4 και ποτέ αντίστροφα για λόγους ασφαλείας, που έχουν να κάνουν με την πυκνότητα των δύο υγρών, το βιτριόλι είναι πυκνότερο από το υπεροξείδιο. Για να γίνει το διάλυμα αυτό πρέπει να χρησιμοποιείται πάντοτε φρέσκο και σε σχετικά μικρές ποσότητες (λίγα mL).

Λόγω της επικινδυνότητας του αντιδραστηρίου η χρήση του αποθαρρύνεται ή ακόμη και απαγορεύεται σε πολλά πανεπιστημιακά εργαστήρια. Χαρακτηριστικά, μια ξύλινη οδοντογλυφίδα καθώς εισάγεται σε διάλυμα πιράνχα εξαφανίζεται (“κατατρώγεται”). Η οξειδωτική ισχύς του μίγματος οφείλεται στο σχηματιζόμενο υπεροξομονοθειικό οξύ, γνωστό και ως οξύ του Caro, το οποίο διασπάται παρέχοντας το δραστικότατο ατομικό οξυγόνο, το οποίο κατακαίει ακόμη και τον στοιχειακό άνθρακα.

Επικίνδυνα και τα δύο λοιπόν υγρά, τα οποία θέλουν γνώστη του τρόπου χειρισμού τους και βέβαια σε καμία περίπτωση δεν βάζουμε ιδέες για άλλες χρήσεις.

Μερικές από τις ιδιότητες του Θειικού οξέος σε ένα βίντεο

Και κάτι για το τέλος

Ο Καναδός μηχανικός περιβάλλοντος David Keith (Πανεπιστήμιο Harvard) πρότεινε τον ψεκασμό των ανώτερων ατμοσφαιρικών στρωμάτων με δεκάδες χιλιάδες τόνους θειικού οξέος σε ετήσια βάση για την αντιμετώπιση της υπερθέρμανσης του πλανήτη. Τα νέφη θειικού οξέος αυξάνουν κατά πολύ τη λευκαύγεια (albedo), δηλαδή την ανακλαστικότητα. Περίπου το 90% της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας ανακλάται. Η λευκαύγεια αυτή οφείλεται στο νέφος σταγονιδίων H2SO4 και αυτό έδωσε την ιδέα για την τολμηρή αυτή πρόταση για την αντιμετώπιση της θερμοκρασιακής αύξησης της ατμόσφαιρας της Γης.

David Keith

Στην ίδια ιδέα συνέβαλαν και τα αποτελέσματα της έκρηξης του ηφαιστείου Pinatubo (Φιλιππίνες, 1991) κατά την οποία πραγματοποιήθηκε έκλυση είκοσι εκατομμυρίων τόνων SO2, που ως αποτέλεσμα είχε τη μείωση της μέσης παγκόσμιας θερμοκρασίας κατά 0,5ºC για τουλάχιστον ένα έτος.

Σύμφωνα με την πρόταση του Keith, αν ψεκασθούν σε υψόμετρο 20 km (περίπου το διπλάσιο ύψος από το μέγιστο ύψος των εμπορικών πτήσεων) ποσότητες δεκάδων χιλιάδων τόνων H2SO4 θα αυξηθεί η ανακλαστική ικανότητα της ατμόσφαιρας της Γης με αποτέλεσμα την αντιστάθμιση των αποτελεσμάτων των αυξημένων ποσοτήτων αερίων του θερμοκηπίου (και κυρίως του CO2). Εκτιμάται ότι ποσότητα θειικού οξέος λίγων γραμμαρίων αντισταθμίζει την επιδείνωση του φαινομένου θερμοκηπίου που προκαλείται από ένα τόνο διοξειδίου του άνθρακα.

‘Οσο για τις ποσότητες θειικού οξέος που ο Keith προτείνει σκόπιμα να ψεκασθούν (δεκάδες έως εκατοντάδες χιλιάδες τόνοι σε ετήσια βάση), θα πρέπει αυτές να συγκριθούν με τις κατά πολύ μεγαλύτερες ετησίως παραγόμενες ποσότητες θειικού οξέος που δημιουργούνται στην τροπόσφαιρα από τις εκπομπές δεκάδων εκατομμυρίων τόνων διοξειδίου του θείου, οι οποίες προέρχονται από τις καύσεις ορυκτών καυσίμων και τις ηφαιστειακές εκρήξεις. Το κόστος του “ετήσιου ψεκάσματος” αποτελεί μικρό μόνο κλάσμα του συνολικού κόστους των ζημιών από τα ακραία μετεωρολογικά φαινόμενα, που αποδίδονται στην αύξηση της μέσης θερμοκρασίας της γήινης ατμόσφαιρας.

Σχολιάστε Ελεύθερα

Ads Blocker Image Powered by Code Help Pro

Ads Blocker Detected!!!

We have detected that you are using extensions to block ads. Please support us by disabling these ads blocker.

Powered By
Best Wordpress Adblock Detecting Plugin | CHP Adblock