Концентрированная серная кислота

Концентрированная серная кислота - краеугольный камень любой кухонной алхимии. Изготавливается из электролита для свинцовых аккумуляторов (приобретается в магазине на авторынке). Это 36% раствор кислоты в воде. Небольшое количество электролита выливается в какую-нибудь широкую стеклянную ёмкость вроде маленькой банки (отрезанное дно от бутылки с высотой стенок около 4 см также подойдёт). Для безопасности лучше работать с малыми порциями электролита (по 10-20 мл). Так вот, эта банка с электролитом ставится на песочную баню. Баня . это песок слоем 5-10 см насыпан например в литровую эмалированную кружку (кастрюлю, что угодно, главное из металла). Вся эта конструкция ставится на слабый огонь газовой плиты. Песок прогревается и прогревает электролит. При нагревании разбавленная H2SO4 теряет воду, пока концентрация кислоты не достигнет примерно 98%. Продолжайте нагревать, пока жидкость не начнёт дымить. Как только появился слабый дымок . выключайте газ. Не перегрейте кислоту, иначе вся кухня заполнится едкими и без сомнения очень вредными парами серной кислоты. Продержите жидкость в остывающей бане минут 5-10. Если начал идти сильный едкий дым . сразу вынимайте банку с кислотой из песка и переносите её на какую-нибудь деревянную подставку . Закройте банку металлической или стеклянной крышкой. Конц. серная кислота впитывает влагу из воздуха, поэтому как можно быстрее перелейте её в ёмкость для хранения и хорошенько закройте. Во время процедуры на случай того, если вы опрокинете ёмкость с кислотой или если стекло банки треснет и та выльется на раскалённый песок держите поблизости бутылку с раствором соды и носите очки (хотя бы какие-нибудь солнцезащитные). Обращайтесь с раствором также осторожно, как с нитроглицерином . концентрированная серная кислота, да ещё нагретая градусов до 200-300, проест в ваших руках дыру ещё до того, как вы это успеете заметить.

Degrees Baum	Плотность (15.5°C)	Процент серной кислоты H₂SO₄	Нормальная точка кипения °C	Плавление°C
65 1/4	1.8182	89.55	252.22	-4.17
65 1/2	1.8239	90.6	258.89	-9.44
65 3/4	1.8297	91.8	268.33	-16.39
66	1.8354	93.19	279.44	-29.44
	1.8373	93.77	285.00	-34.89
	1.8381	94	286.67	-33.33
	1.8407	95	296.67	-22.22
	1.8427	96	307.78	-13.89
	1.8437	97	318.89	-6.94
	1.8437	98	327.22	-1.11
	1.8424	99	310.00	5.00
	1.8391	100	274.44	10.94

Ясно, что очень быстрый рост температуры кипения при подходе к азеотропу (почти на 70град.С по сравнению с 90% кислотой) позволяет очень эффективно серную кислоту концентрировать.

Для этого шлицованная колба (на 2л) из термостойкого стекла устанавливается на песчаную баню с достаточно мощным (более 500Вт) и регулируемым нагревателем. В колбу заливают около 1,5л 90-95% серной кислоты и бросают несколько стойких к кислоте кипелок (кусочки пористого стекла, керамики, десяток гранул силикагеля). К колбе на шлицах присоединяется водяной холодильник перегонного аппарата. В верхнюю горловину (под термометр) холодильника на шлицах же вставляется длинная термопара в стеклянной оболочке - так, чтобы рабочий спай оказался вблизи дна колбы; в крайнем случае, можно провести термопару в запаянной стеклянной трубке через подходящую фторопластовую пробку или же можно просто установить обычный термометр (до 350-400град.С) и контролировать температуру выходящих паров.

Поскольку при разрушении (по какой-либо причине) колбы произойдет выброс большого количества горячей кислоты, перегонный аппарат лучше собирать в вытяжном шкафу на заполненном песком поддоне (корыте) из нержавеющей стали.

При перегонке мощность нагревателя регулируют так, чтобы кипение было умеренно-бурным (без выбросов кислоты), и отслеживают температуру кипения: ниже 300град.С отгоняется практически одна вода (с примесью SO2), далее концентрация кислоты в парах начинает быстро расти и при 337град.С (Некрасов)отгоняется азеотропная (98,3%) серная кислота (по другим данным - 98,5% при 326град.С). Соответственно, меняя приемники конденсата, можно получить несколько порций дистиллированной кислоты различной концентрации.

Для окончания процесса фиксируют момент времени, когда температура кипящей жидкости перестает расти, далее отгоняют еще 50-100мл кислоты и останавливают перегонку.

После прекращения кипения и достаточного охлаждения перегонный аппарат разбирают, а колбу закрывают пробкой с хлоркальциевой трубкой для поглощения воды (не наглухо !). При охлаждении до комнатной температуры кислота по фторопластовой или полиэтиленовой трубке отсасывается для хранения в толстостенную стеклянную бутыль (установленную в короб из жести или толстого полиэтилена). Бутыль должна иметь герметичную полиэтиленовую пробку, желательно уплотненную специальной пленкой или пластилином.

Если необходимо приготовить азеотропную серную кислоту из обычной (разбавленной) 36% аккумуляторной, то перегонку лучше выполнять в два этапа - сначала три порции по 1,5л разбавленной кислоты упаривают до 0,5л каждая, а далее суммарные 1,5л доотгоняют до азеотропа.

Другой метод концентрирования - вымораживание - основан на монотонном падении температуры плавления серной кислоты с +11град.С до -35град.С при снижении концентрации со 100% до 93,77%. В принципе, этим методом удается доводить концентрацию кислоты почти до 100% (т.е. до т.н. моногидрата). Однако практически этот метод сложен: серная кислота склонна к переохлаждению и застывает резко в плотную волокнисто-кристаллическую массу. Отделить пропитывающую эту массу разбавленную кислоту не просто (из-за ее высокой вязкости и гигроскопичности); более-менее успешно можно использовать "выжимание" сжатым просушенным воздухом.

Как известно, любому пиротехнику как воздух необходима серная кислота соответствующей концентрации. Когда меня коснулся этот вопрос, пришлось побегать по многим местам, и, хотя все же серку я достал, она быстро кончилась и это начало доставать. Попытки же выпарить электролит были удачными, но огорчал сернокислотный туман в сарае и потери кислоты. После нескольких неудачных попыток был создан нехитрый прибор для выпаривания кислоты, испытан, а полученная кислота отнесена в лабораторию, где её плотность была точно определена. Итак по порядку.

1. Стеклянная тонкостенная трубка. Диаметр – как у пробирки. Вообще-то подбирается под пробку. Трубка играет роль дефлегматора. Зазор между конической пробкой и этой трубкой аккуратно замазывается силиконовым герметиком

2. Пробка. Это горлышко, отрезанное на наждаке от какой-то химической посудины. Оно имеет коническую горловину, как внутри, так и снаружи.

3. Колба. Плоскодонная или круглодонная – без разницы. У меня с плоским дном, стоит в песчаной бане и нагревается электроплиткой. На колбе есть маркировка о термостойкости. Были попытки использовать не дефицитную посуду – 3-х и 1-но литровые банки, но они не выдерживают даже кипячения воды – лопаются в 100% случаев. Поэтому колба – незаменима.

В колбу заливают электролит (для колбы 500мл – 400мл электролита), добавляют кипелки и кипятят без трубки до начала выделения белого дыма. После охлаждения, предварительно упаренный электролит переливают для хранения в бутылку с п/э пробкой. Наливают новую порцию электролита в колбу. Повторяют эти действия, сколько нужно. На этом этапе из 1 л электролита выходит где-то 350 мл кислоты с концентрацией около 90%.

Предварительно упаренный электролит заливают в колбу (400мл на 500 мл колбу), не забываем про кипелки, вставляют пробку с трубкой, предварительно обмотав пробку до нужной толщины стеклотканью с силиконом. Ставят на нагреватель, и, периодически наблюдая за конструкцией, проводят окончательное выпаривание. В процессе дела с нижнего конца в кислоту периодически будет капать разбавленный раствор кислоты и при этом происходит микровзрыв, сопровождаемый выбросом пара с верхнего конца, поэтому его диаметр не должен быть меньше 7 мм. По истечении какого-то времени кипение становится всё тише и в конце концов практически прекращается, но кислота продолжает интенсивно испарятся, а капли, падающие с трубки, просто интенсивно закипают. На это требуется часа 4. Нужно от этого момента пождать ещё около часа и можно выключать нагреватель. После охлаждения кислоту переливают в ёмкость для хранения. Её концентрация – от 94% до 98% (если делать тщательно). Дальнейшее повышение концентрации выпариванием невозможно, нужно вымораживать. Выход – с 1 л 37% –250 мл. 94-98% (пл. 1,84). Точно определить концентрацию можно по точке замерзания.

Замечания. Нагреватель с конструкцией очень неплохо поставить на поддон с песком – без него если лопнет колба – будет много неприятностей. Вам самим советую носить резиновый фартук, очки или лучше маску и не крутится возле колбы во время выпаривания лишний раз. Поблизости должно быть около 5 литров насыщенного раствора стиральной соды и сама сода в сухом виде – для аварийного смывания с тела кислоты или засыпания её на предметах быта. Также должна быть вытяжка или делать нужно в сарае, на воздухе.

Для жаждущих 98% серняги. Это не содрано, лично так и делаю. Выпаривательная ёмкость - глазированный фарфоровый горшок для запекания чего-то там в духовке, с крышкой, ёмкость-1,5 л в форме тыквы :) Нагреватель-электроплитка с открытой спиралью (1,5 кВт). Наливаю электролит, закрываю крышкой. Кипит долго, как будет мокрый палец шипит на крышке, как на утюге, значить достаточно. Упаренную сернягу переливаю в низкую бутылку с узким горлом, ставлю в морозилку. Часть серки замерзает в виде кристаллических столбов. Сливаю, что не замерзло на повт. выпарку. Что замёрзло - держу сутки при +3-4 (на нижней полке) Опять сливаю, только дольше, минут пять-десять стекает. Всё, 98-99%!!!. Пробовал мутить из этой серняги, азотки 96% и перегнанного тосола ЭГДН - 70мл серки+70мл азотки+37 мл тосола - выход 58 мл ЭГДН (честно сказать, я вообще был в отпаде от такого выхода, раньше делал на серке-селитре-неперегнанном тосоле)