Dầu Oleum

Oleum có công thức hóa học là ySO₃.H₂O, trong đó y đại diện cho tổng số mol lưu huỳnh trioxide. Công thức khác của nó là H₂SO₄.xSO₃, với x là số mol lưu huỳnh trioxide tự do. Oleum phản ứng với nước tạo thành axit sulfuric đặc nóng: H₂SO₄.nSO₃ + nH₂O → (n+1)H₂SO₄.

Oleum có nghĩa là axit sulfuric bốc khói (do có khói giống như khói của dầu).

Quá trình sản xuất

Oleum được sản xuất qua quy trình tiếp xúc, trong đó lưu huỳnh được oxy hóa thành lưu huỳnh trioxide và sau đó hòa tan trong axit sulfuric đặc. Axit sulfuric sau đó được tái sinh bằng cách pha loãng một phần oleum.

Do SO₃ có khả năng hòa tan trong H₂SO₄ để tạo thành H₂SO₄.nSO₃ (oleum), oleum thường xuất hiện nhiều nhất trong quá trình SO₃ + H₂O → H₂SO₄.

Axit trong giai đoạn này là axit đặc, sau đó sẽ được pha loãng.

Phản ứng: H₂S₂O₇ → H₂SO₄ + SO₃

Các ứng dụng

Quá trình sản xuất acid sunfuric

Oleum đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất acid sunfuric nhờ vào khả năng hydrat hóa mạnh mẽ. Khi SO3 được đưa vào nước, thay vì hòa tan, nó dễ dàng tạo thành một lớp sương mù acid sunfuric, điều này rất khó kiểm soát. Tuy nhiên, khi SO3 được thêm vào acid sunfuric đậm đặc, nó dễ dàng hòa tan và tạo thành một lớp quầng có thể được pha loãng với nước để tạo ra acid sunfuric đậm đặc hơn.

Vai trò trong vận chuyển

Oleum là dạng chất hữu ích trong việc vận chuyển acid sunfuric, thường thấy trong các toa xe lửa giữa các nhà máy lọc dầu (nơi sản xuất các hợp chất lưu huỳnh như một sản phẩm phụ của quá trình tinh chế) và các cơ sở công nghiệp tiêu thụ.

Một số thành phần của oleum ở dạng rắn khi nhiệt độ phòng, do đó chúng an toàn hơn khi vận chuyển so với dạng lỏng. Các chất rắn này có thể được chuyển đổi thành dạng lỏng tại điểm đến bằng cách làm nóng bằng hơi nước hoặc pha loãng. Cần phải cẩn thận để tránh quá nhiệt và bay hơi trioxide lưu huỳnh. Để lấy oleum từ xe bồn cần phải làm nóng cẩn thận bằng ống dẫn hơi bên trong xe. Phải hết sức thận trọng để tránh làm tăng áp suất trong xe bồn vượt quá giới hạn của van an toàn.

Ngoài ra, oleum ít gây ăn mòn kim loại hơn acid sunfuric vì không chứa nước tự do để tác động lên bề mặt. Do đó, acid sunfuric đôi khi được tinh chế thành dạng oleum cho các đường ống trong nhà máy và sau đó được pha loãng lại thành acid để sử dụng trong các phản ứng công nghiệp.

Vào năm 1993 tại Richmond, California, một sự cố lớn đã xảy ra do quá nhiệt, dẫn đến việc giải phóng trioxide lưu huỳnh từ khí quyển, tạo thành màn sương các hạt acid sunfuric kích thước micromet, gây nguy hiểm cho hệ hô hấp. Màn sương này đã lan rộng ra một khu vực lớn.

Nghiên cứu hóa học hữu cơ

Oleum là một tác nhân phản ứng mạnh mẽ và ăn mòn. Một ứng dụng quan trọng của oleum trong hóa học là quá trình nitrat hóa thứ cấp của nitrobenzene. Quá trình nitrat hóa đầu tiên có thể được thực hiện bằng acid nitric trong acid sunfuric, nhưng điều này có thể làm mất hiệu quả của vòng theo hướng thay thế điện di. Do đó, oleum, với tính chất phản ứng mạnh mẽ hơn, là cần thiết để thêm nhóm nitro thứ hai vào vòng.

Sản xuất thuốc nổ

Oleum được sử dụng trong sản xuất nhiều loại thuốc nổ, với ngoại lệ đáng lưu ý là nitrocellulose. (Trong quy trình sản xuất nitrocellulose hiện đại, nồng độ H2SO4 thường được điều chỉnh bằng oleum.) Các yêu cầu hóa học cho việc sản xuất thuốc nổ thường đòi hỏi hỗn hợp khan chứa acid nitric và acid sunfuric. Acid nitric thương mại thường là azeotrope của acid nitric và nước, chứa 68% acid nitric. Do đó, hỗn hợp acid nitric thông thường trong acid sunfuric chứa một lượng nước đáng kể và không phù hợp với các quá trình sản xuất như trinitrotoluene.

Việc tổng hợp RDX và một số chất nổ khác không yêu cầu sử dụng oleum.

Acid nitric khan, hay còn gọi là acid nitric bốc khói trắng, có thể được dùng để chế tạo hỗn hợp nitrat không chứa nước. Phương pháp này thường được áp dụng trong các thí nghiệm phòng thí nghiệm nơi chi phí không phải là vấn đề lớn. Acid nitric bốc khói rất nguy hiểm khi xử lý và vận chuyển vì tính ăn mòn và dễ bay hơi của nó. Trong công nghiệp, hỗn hợp nitrat mạnh được chế tạo bằng cách trộn oleum với acid nitric thương mại để lưu huỳnh tự do trong oleum tiêu thụ nước trong acid nitric.

Phản ứng

Tương tự như acid sunfuric đậm đặc, oleum là một chất khử nước mạnh mẽ. Khi được đổ vào bột glucose hoặc bất kỳ loại đường nào khác, oleum sẽ hút nước ra khỏi đường trong một phản ứng tỏa nhiệt, để lại gần như carbon nguyên chất. Carbon này sẽ nở ra, cứng lại thành một chất đen đặc với các bọt khí bên trong.