Synthèse de l'acide sulfurique

Appelé dans le temps acide vitriolique ou vitriol, l'acide sulfurique est aujourd'hui un des produits chimiques industriels les plus importants. Sa synthèse est opérée à partir du soufre.

Soufre. © structures, Fotolia

Encyclopédie ou Dictionnaire raisonné des sciences des arts et des métiers : Denis DiderotDenis Diderot et Jean le Rond d'AlembertJean le Rond d'Alembert, définition : « VITRIOL, s. m. (Hist. nat. Minéralog.) c'est un sel d'un goût acerbe et astringentastringent, forme par l'union d'un acide particulier, que l'on nomme vitriolique, avec du fer, du cuivre ou du zinczinc, ou avec une terre ; il est ou vert, ou bleu, ou blanc.

Acide sulfurique.

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 couleurcouleur 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 VénusVénus, 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 minéralminéral. Il est le même que celui qui se trouve dans le soufre, et alors cet acide est combiné avec le phlogistique des matièresmatières inflammables.

Ce qui prouve que l'acide vitriolique est répandu dans l'airair, c'est que si on expose à l'air un sel alkali, il se dissout et devient liquideliquide ; et si on fait évaporer cette liqueur, on obtient un sel que l'on appelle tartretartre 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 métauxmétaux 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.

Évidemment « 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 InternetInternet, 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 chimiechimie ne serait pas née sans elle : ils furent, ces alchimistes, des esprits curieux et méthodiques, imprégnés de surnaturel comme tout le Moyen Âge, mais c'est du passé ! L'acide sulfurique est un des produits chimiques industriels les plus importants. Sa synthèse est opérée à partir du soufre. Dans certains sites, le mineraiminerai est grillé ; par exemple la pyritepyrite FeS₂ : on obtient du SO_2.

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

• Procédé des chambres de plombplomb 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 catalyseurcatalyseur le plus efficace. Ceci consiste à oxyder de l'anhydrideanhydride 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'absorptionabsorption. Lorsque cette solution est concentrée, elle est recueillie et stockée.

Un excès d'air augmente le rendement

À 700 K, et sous 1 barbar, le rendement est de 0,99. Tout le dioxyde de soufre est donc oxydé, ce qui rend inutile un quelconque recyclagerecyclage de ce gazgaz. 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'oxygèneoxygène 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 atmosphériquepression atmosphérique.

Préparation acide sulfurique

Propriétés

• Formule bruteFormule brute (2H₃O⁺) + (SO₄ ^2-)
• Liquide transparenttransparent
• MasseMasse moléculaire 98,1 u
• Température de fusionfusion 283 K (10 °C)
• Température de vaporisationvaporisation 610 K (337 °C)
• MiscibleMiscible (réaction exothermiqueexothermique)
• Densité 1.84 g/cm-³ (liquide)
• InhalationInhalation Les vapeurs peuvent être mortelles
• Peau et yeuxyeux et ingestioningestion 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 (Organisation internationale du travail).

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 physiquesphysiques et chimiques d'une substance donnée ;
- aux inspecteurs du travailinspecteurs 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'ionion nitronium, qui est employé dans la nitration des composés pour fabriquer les explosifs : trinitrotoluène par exemple.

Avec l'eau, il dégage beaucoup de chaleurchaleur 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 déshydratationdéshydratation, et s'emploie pour préparer les fruits secs par exemple. Son affinité pour l'eau est telle qu'il prend des atomesatomes d'hydrogènehydrogène et d'oxygène à d'autres composés : un mélange de glucoseglucose 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 fontesfontes mais pas le plomb. Il n'a d'action sur le fer, l'acieracier et la fonte qu'à chaud.
• sels : carburescarbures, chlorates, chromates, nitrates, permanganates, fulminates, de façon très exothermique voire explosive.

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 phosphatesphosphates et de sulfate d'ammonium.

Fabrication des produits commerciaux : fibres textiles, pigmentspigments, explosifs, alcoolsalcools, plastiquesplastiques, colorants, médicaments, détergents, caoutchouccaoutchouc, papier, catalyseurs, accumulateurs au plomb

Industrie chimique et minière : acides chlorhydriqueacides chlorhydrique et fluorhydrique, sulfates d'aluminiumaluminium et de cuivre, composés chimiques renfermant du chromechrome. RaffinageRaffinage du pétrole, décapage du fer, de l'acier et d'autres métaux, agent de lixiviationlixiviation pour les minerais, bains galvanoplastiques, agent d'alkylation, réactifréactif 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, arsenicarsenic, plomb, mercuremercure et séléniumsélénium, 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.