Sülfürik Asit

Kimyasal formülü H₂SO₄ olan sülfürik asit, endüstriyel kimyada merkezi bir rol oynayan güçlü, diprotik bir mineral asittir.^[1] Oda sıcaklığında renksiz ila hafif sarı, kokusuz, viskoz ve yağlı bir sıvı olarak görünür; 1.84 g/cm³ yoğunluğa, 10.31°C erime noktasına ve 337°C kaynama noktasına sahiptir.^[1] Suda oldukça çözünür—seyreltildiğinde önemli miktarda ısı açığa çıkarır—ve metaller, dokular ve organik malzemeler için son derece aşındırıcıdır, temas halinde ahşabı ve diğer birçok maddeyi kömürleştirir.^[2] Sülfürik asit, ilk protonunu (pKₐ₁ ≈ -3) tamamen ayrıştırarak H⁺ ve HSO₄⁻ oluşturan güçlü bir diprotik asittir; HSO₄⁻’den gelen ikinci proton ise daha zayıf bir şekilde ayrılarak (pKₐ₂ ≈ 1.92) ek H⁺ ve SO₄²⁻ oluşturur, bu da oksidasyon, dehidrasyon ve sülfonasyon dahil olmak üzere çok çeşitli tepkimelerde kullanılmasına olanak tanır.^[1]

Sülfürik asit üretimi, Amerika Birleşik Devletleri’nde kullanılan birincil yöntem olan ve kükürt veya kükürt içeren bileşiklerin oksidasyonunu içeren temas işlemi yoluyla ağırlıklı olarak gerçekleşir.^[3] Bu süreçte, elementel kükürt (ABD üretiminin büyük kısmını oluşturur) yakılarak kükürt dioksit (SO₂) üretilir; bu daha sonra bir konvertörde vanadyum pentoksit katalizörü kullanılarak katalitik olarak kükürt trioksite (SO₃) oksitlenir; SO₃ daha sonra derişik sülfürik asitte emilerek oleum oluşturulur ve bu da su ile seyreltilerek nihai ürün elde edilir.^[3] Alternatif hammaddeler arasında kullanılmış asit rejenerasyonu ve metal sülfür cevherlerinden elde edilen izabe gazları bulunur.^[3] 2024 itibarıyla, küresel sülfürik asit üretimi yıllık yaklaşık 261 milyon metrik tondur ve bu da onun dünya çapında en çok üretilen kimyasallardan biri olma statüsünü vurgulamaktadır.^[4]

Sülfürik asidin çok yönlülüğü, yaklaşık %70’inin fosfat kayasıyla tepkimeye girerek süperfosfatlar ve fosforik asit oluşturulması yoluyla fosfatlı gübre üretimine yönlendirilmesiyle kapsamlı endüstriyel uygulamalarını yönlendirir.^[5] Diğer önemli kullanım alanları arasında kimyasal sentez (örneğin deterjanlar, boyalar ve ilaçlar için), alkilasyon ve kükürt giderme için petrol rafinasyonu, bakır liçi ve asitleme gibi metal işleme, pil üretimi (özellikle kurşun-asit piller) ve atık su arıtımı yer alır.^[1] Bu sektörlerdeki rolü, üretim süreçlerindeki geniş kullanım alanı nedeniyle genellikle endüstriyel faaliyetin bir barometresi olarak hizmet ederek ekonomik önemini vurgulamaktadır.^[6]

Fiziksel Özellikler

Moleküler Yapı

Sülfürik asit H₂SO₄ kimyasal formülüne ve 98.08 g/mol molekül ağırlığına sahiptir.^[7]

Molekül, iki hidroksil grubuna (S-OH) ve çift bağlarla iki oksijen atomuna (S=O) bağlı merkezi bir kükürt atomu içerir. Değerlik kabuğu elektron çifti itme (VSEPR) teorisine göre, kükürt etrafındaki elektron geometrisi dörtyüzlüdür, AX₄ olarak sınıflandırılır ve dört oksijen atomu dörtyüzlünün köşelerini işgal eder.^[8]^[9]

H₂SO₄’ün Lewis nokta yapısı, merkezdeki kükürt atomunu genişlemiş bir oktetle gösterir; değerlik elektronlarını çevredeki oksijen atomlarına altı bağla paylaşır: terminal oksijenlere iki çift bağ ve hidroksil oksijenlerine iki tek bağ, hidrojenler ise bu oksijen atomlarına bağlıdır. Sülfat grubundaki rezonans, π elektronlarını delokalize ederek çift bağ karakterinin S-O bağları arasında paylaşıldığı eşdeğer gösterimlere izin verir; bu da molekülün kararlılığına katkıda bulunur ve bağ uzunluklarını etkiler.^[10]

Gaz fazı denge yapısı belirlemeleri, yaklaşık 1.42 Å’luk S=O bağ uzunluklarını ve yaklaşık 1.57 Å’luk S-OH bağ uzunluklarını gösterir; bu değerler, kesin tek veya çift bağ ayrımlarından ziyade bağ elektronlarının kısmi delokalizasyonunu yansıtır.

Susuz sülfürik asit, su içermeyen saf H₂SO₄ molekülünü ifade ederken, hidratlı formlar su moleküllerini yapıya veya çözeltiye dahil eder. İlgili bir susuz varyant, bir oksijen atomuyla köprülenmiş ve hidroksil gruplarıyla sonlandırılmış iki SO₃ biriminden oluşan ve fazla kükürt trioksit içeren yoğunlaştırılmış bir sülfürik asit formu olan oleumdur (H₂S₂O₇).

Fiziksel Haller ve Termodinamik

Sülfürik asit, oda sıcaklığında renksiz, kokusuz, yağlı bir sıvı olarak görünür ve su gibi daha az viskoz sıvılardan ayırt edilen şurupsu bir kıvama sahiptir.^[1] Faz davranışı güçlü moleküller arası kuvvetleri yansıtır; soğutulduğunda 10.31 °C erime noktasıyla kristal bir forma katılaşır.^[1] Isıtıldığında, saf sülfürik asit standart basınçta 337 °C kaynama noktasına ulaşır, ancak termal bozunma 300 °C’nin üzerinde başlar ve endotermik tepkimeye göre öncelikle kükürt trioksit (SO₃) ve su (H₂O) verir:

$$ \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{SO}_3 + \text{H}_2\text{O} $$

Bu bozunma, özel koşullar olmadan saf bileşiğin pratik damıtılmasını sınırlar.^[1]

Saf sülfürik asidin yoğunluğu 20 °C’de 1.8302 g/cm³’tür ve polar doğasından etkilenen kompakt bir moleküler paketlenmeyi gösterir.^[1] Viskozitesi 20 °C’de 26.7 cP ölçülmüştür; bu, akışı kısıtlayan moleküller arasındaki kapsamlı hidrojen bağı nedeniyle suyun (benzer koşullar altında yaklaşık 1 cP) 20 katından fazladır.^[11] Bu yüksek viskozite, karakteristik yağlı dokusuna katkıda bulunur ve endüstriyel uygulamalarda taşınmasını etkiler.

Termodinamik olarak, sülfürik asit için standart oluşum entalpisi (ΔH_f), 25 °C’de -814 kJ/mol’dür ve yapısının kararlılığını ve elementlerden sentez sırasında açığa çıkan enerjiyi yansıtır.^[12] Sıvının özgül ısı kapasitesi yaklaşık 1.34 J/g·K’dir; bu, suyun (4.18 J/g·K) değerinden daha düşüktür ve önemli bir sıcaklık artışı olmadan ısıyı emme yeteneğinin azaldığını vurgular.^[13] Su ile karışımlarda sülfürik asit, azeotropik davranış sergiler ve ağırlıkça %98.3 H₂SO₄’te 338 °C kaynama noktasına sahip maksimum kaynama noktalı bir azeotrop oluşturur; bunun ötesinde daha fazla konsantrasyon, oleum ilavesi gibi alternatif yöntemler gerektirir. Sülfürik asit için üçlü nokta verileri, bozunma eğilimleri nedeniyle yaygın olarak rapor edilmemiştir, kritik sıcaklık ise yüksek basınç altında 655 °C olarak tahmin edilmektedir.^[1]

Saflık Dereceleri

Sülfürik asit, çeşitli endüstriyel, laboratuvar ve özel uygulamalara uygunluğunu sağlamak için derişim ve safsızlık profillerine dayalı olarak ticari olarak çeşitli saflık derecelerine sınıflandırılır. Ağırlıkça %96-98 H₂SO₄ içeren derişik sülfürik asit, yüksek saflığı ve kararlılığı nedeniyle laboratuvarlarda standart bir reaktif ve sayısız endüstriyel işlem için kilit bir girdi görevi görür.^[14]^[15]

Akü asidi, %30-36 H₂SO₄ derişimine ve 1.255-1.265 özgül ağırlığa sahip seyreltilmiş bir dereceyi temsil eder; korozyonu en aza indirirken elektrokimyasal tepkimeleri kolaylaştırmak için kurşun-asit pillerde elektrolit kullanımı için optimize edilmiştir.^[16] Genellikle %10 veya daha az H₂SO₄ içeren seyreltik sülfürik asit, pH ayarlaması ve besin çözündürme için gübre üretimi gibi sektörlerde uygulanır.^[17]

Teknik dereceler, hassas süreçlerde kirlenmeyi önlemek için 0.1 ppm’in altındaki arsenik seviyelerine sahip arseniksiz varyantlar da dahil olmak üzere son kullanım gereksinimlerine göre uyarlanmış bir dizi özelliği kapsar.^[18] Gıda sınıfı sülfürik asit, Gıda Kimyasalları Kodeksi (FCC) standartlarına uyar, minimum kalıntı sağlar ve pH kontrolü ve mikrobiyal inhibisyon gibi gıda işleme uygulamaları için uyumluluğu garanti eder.^[19]

Oleum veya dumanlı sülfürik asit, %20-65 serbest çözünmüş SO₃ içeren ve genellikle eşdeğer H₂SO₄ terimleriyle ifade edilen daha yüksek mukavemetli bir formdur; örneğin, %20 serbest SO₃ oleum, %104.5 H₂SO₄’e eşittir.^[20]

Yüksek saflık dereceleri, performansı korumak için 1 ppm’in altındaki ağır metaller ve %0.005’in (50 ppm) altındaki demir gibi katı safsızlık sınırları uygular; bunlar, eser miktardaki kirleticilerin ürün kalitesini tehlikeye atabileceği elektronik ve farmasötik kullanımlar için kritiktir.^[18]

Polarite ve İletkenlik

Sülfürik asit, 2.7 D’lik önemli bir dipol momentine sahiptir; bu, öncelikle molekül genelinde asimetrik bir yük dağılımı yaratan polar S=O ve O-H bağlarındaki elektronegatiflik farklarından kaynaklanır.^[21] Bu polarite, susuz sülfürik asidi yaklaşık 100 dielektrik sabitine sahip oldukça polar bir sıvı haline getirir, ancak sınırlı iyon ayrışması nedeniyle saf formunda zayıf bir elektriksel iletken olarak kalır.^[22]

Su ile seyreltildiğinde, sülfürik asit H₃O⁺ ve HSO₄⁻ iyonlarına ayrışarak iletkenliğini yaklaşık %30 derişimde 0.4 S/cm gibi yüksek seviyelere çıkarır.^[23] Saf sülfürik asitte, aşağıdaki denge tepkimesi yoluyla bir dereceye kadar otoiyonizasyon meydana gelir:

$$ 2 \mathrm{H_2SO_4} \rightleftharpoons \mathrm{H_3SO_4^+} + \mathrm{HSO_4^-} $$

25°C’de $$ K \approx 10^{-4} $$ denge sabiti ile, az sayıda yük taşıyıcısı sağlar.

Sülfürik asit çözeltilerindeki olağanüstü proton hareketliliği, hızlı H⁺ taşınmasının verimli akım akışını ve tepkime kinetiğini desteklediği elektroliz işlemlerindeki kullanımının temelini oluşturur.^[24] Eşdeğer derişimlerde, sülfürik asit hidroklorik asitten daha yüksek elektriksel iletkenlik gösterir, çünkü diprotik doğası molekül başına daha fazla iyon vererek yük taşınmasını artırır.

Kimyasal Özellikler

Asitlik

Sülfürik asit (H₂SO₄) diprotik bir asittir; ilk proton ayrışması yaklaşık -3.0 olan çok düşük bir pKa₁ değeri nedeniyle sulu çözeltide tamdır ve bu adım için güçlü bir asit olarak sınıflandırılırken, ikinci ayrışma pKa₂ = 1.99 ile daha zayıftır ve sülfat iyonlarına (SO₄²⁻) kısmi iyonlaşma ile sonuçlanır.^[25] Bu kademeli protonasyon davranışı, onu monoprotik güçlü asitlerden ayırır. Suda, ilk tepkime hidronyum ve bisülfat iyonları oluşturur:

$$ \mathrm{H_2SO_4 + H_2O \rightarrow H_3O^+ + HSO_4^-} $$

Bu süreç esasen niceldir ve ilk protonun yüksek asitliğini yansıtır.^[1]

Derişik formda sülfürik asit sadece bir asit olarak değil, aynı zamanda düşük su aktivitesi nedeniyle standart pH ölçeğinin yetersiz kaldığı bir çözücü olarak da işlev görür; bunun yerine Hammett asitlik fonksiyonu (H₀) protonlama yeteneğini ölçerek saf sülfürik asit için -12 değerine ulaşır ve sulu metriklerin ötesinde süper asidik karakter gösterir.^[26] Perklorik asit (HClO₄, pKa ≈ -10) ile karşılaştırıldığında, sülfürik asit özünde biraz daha az asidiktir, ancak her ikisi de suda H₃O⁺’a tamamen ayrışarak seviyeleme etkisine maruz kalır ve çözücü hidronyum iyonundan daha güçlü asitler arasındaki ayrımı sınırladığı için eşit derecede güçlü görünür.^[25]^[27]

Spektroskopik yöntemler sülfürik asidin protonasyon davranışını ve iyon oluşumunu doğrular. Sulu çözeltilerin proton NMR spektroskopisi, hidronyum (H₃O⁺) ve bisülfat (HSO₄⁻) iyonlarını gösteren geniş sinyaller ortaya çıkarır; kimyasal kaymalar, hidrojen bağı ve proton değişimi nedeniyle daha asidik koşullarda aşağı alana kayar.^[28] Benzer şekilde, kızılötesi (IR) ve Raman spektroskopisi, yaklaşık 1100 cm⁻¹’deki SO₄²⁻ asimetrik gerilmesi ve hidronyum oluşumu ile genişleyen O-H gerilmeleri gibi bu türlerin titreşim modlarını tespit ederek ayrışma dengelerinin doğrudan kanıtını sağlar.^[29] Bu yüksek asitlik, su veya diğer substratlara proton verimini kolaylaştırarak dehidrasyon süreçlerindeki rolünü destekler.

Dehidrasyon

Derişik sülfürik asit, çeşitli organik bileşiklerden su moleküllerini uzaklaştırabilen, genellikle kömürleşmeye veya doymamış ürünlerin oluşumuna yol açan dikkate değer bir dehidre edici özellik sergiler. Bu davranış, suya olan yüksek ilgisinden kaynaklanır ve hem laboratuvar hem de endüstriyel ortamlarda etkili bir kurutma maddesi olarak hareket etmesini sağlar.^[30]

Dehidrasyon mekanizması, sülfürik asidin bir Lewis asidi olarak işlev görmesini içerir; burada kükürt-oksijen bağları substrattaki oksijen atomlarına koordine olarak C-O veya O-H bağlarının bölünmesini ve ardından su eliminasyonunu kolaylaştırır. Birçok durumda bu, su gibi iyi ayrılan gruplar oluşturmak için hidroksil gruarını protonlayan güçlü Brønsted asitliği ile tamamlanır. Örneğin, glikoz gibi karbonhidratların dehidrasyonunda, asit suyun kademeli olarak uzaklaştırılmasını katalize ederek, nihayetinde genel tepkimeyle temsil edilen elementel karbon ve su buharı verir:

$$ \mathrm{C_6H_{12}O_6 \rightarrow 6C + 6H_2O} $$

Bu süreç karakteristik bir siyah kömür üretir ve oldukça ekzotermiktir, asidin ılımlı koşullar altında dehidrasyonu yürütme yeteneğini gösterir.^[31]^[32]

Klasik bir örnek, alkollerin alkenlere dehidrasyonudur. Etanol, yaklaşık 170°C’de derişik sülfürik asit ile ısıtıldığında, eten ve su oluşturmak üzere eliminasyona uğrar:

$$ \mathrm{C_2H_5OH \rightarrow C_2H_4 + H_2O} $$

Bu E1 mekanizması, alkol oksijeninin protonlanmasını, ardından su kaybını ve alkeni vermek üzere deprotonasyonu içerir; bu da asidin yüksek sıcaklıklarda sübstitüsyon yerine eliminasyonu teşvik etmedeki rolünü vurgular.^[33]

Başka bir açıklayıcı tepkime okzalik asit ile meydana gelir; burada derişik sülfürik asit dekarboksilasyonu ve dehidrasyonu indükleyerek karbon monoksit, karbondioksit ve su üretir:

$$ (\mathrm{COOH})_2 \rightarrow \mathrm{CO} + \mathrm{CO_2} + \mathrm{H_2O} $$

Bu tepkime, karbon monoksit gazının laboratuvar preparatlarında yaygın olarak kullanılır ve asidin karboksilik asitlerden suyu uzaklaştırmadaki verimliliğinin altını çizer.^[34]

Endüstriyel uygulamalarda, derişik sülfürik asit, karboksilik asitlerin ve alkollerin Fischer esterleşmesi gibi esterleşme tepkimeleri sırasında, su yan ürününü tutarak ve dengeyi ester oluşumuna doğru kaydırarak dehidrasyonu kolaylaştırır. Bu dehidre edici etki, temel asit katalizini değiştirmeden verimi artırır.^[35]

Bu dehidrasyon süreçleri özellikle ekzotermiktir; yaklaşık 104 kJ’nin 40 g şekerden (yaklaşık 1.3 mol suya karşılık gelir) açığa çıktığı sükrozun kömürleşmesinde gözlemlendiği gibi, uzaklaştırılan su molü başına 80 kJ’ye varan ısı salınımları olur. Bu termal çıktı tepkimeyi hızlandırabilir ancak yan tepkimeleri veya ekipman hasarını önlemek için dikkatli kontrol gerektirir.^[36]

Metallerle Tepkimeler

Sülfürik asit, seyreltik formunda aktif metallerle tekli yer değiştirme tepkimesi yoluyla tepkimeye girerek hidrojen gazı açığa çıkarır. Örneğin çinko, seyreltik sülfürik asitten hidrojeni yerinden ederek çinko sülfat ve hidrojen gazı oluşturur; bu denklemle gösterilir:

$$ \text{Zn (k)} + \text{H}_2\text{SO}_4\text{(sulu)} \rightarrow \text{ZnSO}_4\text{(sulu)} + \text{H}_2\text{(g)} $$

^[37]

Bu tepkime, magnezyum ve demir gibi reaktivite serisinde hidrojenin üzerinde yer alan metaller için tipiktir; burada asidin protonları H₂’ye indirgenirken metal sülfat tuzuna oksitlenir.^[38]

Buna karşılık, derişik sülfürik asit oksitleyici özellikler sergiler ve bakır gibi daha az reaktif metallerle tepkimeye girerek bakır(II) sülfat, kükürt dioksit ve su üretir. Bu tepkime için denkleştirilmiş denklem:

$$ \text{Cu (k)} + 2\text{H}_2\text{SO}_4\text{(s, derişik)} \rightarrow \text{CuSO}_4\text{(sulu)} + \text{SO}_2\text{(g)} + 2\text{H}_2\text{O (s)} $$

^[39]

Burada sülfat iyonu SO₂’ye indirgenerek asidin derişik koşullar altında bir oksidan olarak rolünü vurgular.^[40]

Demir ve krom gibi bazı metaller, sülfürik asitte yüzeylerinde koruyucu sülfat tabakalarının oluşumu nedeniyle pasivasyona uğrar ve bu da daha fazla korozyonu engeller. Demir için bu pasivasyon, yapışkan bir demir sülfat tabakasının oluştuğu ve çözünme oranını azalttığı seyreltik çözeltilerde meydana gelir.^[41] Demir-krom alaşımlarında, sülfürik asitteki pasif film, kararlılığı artıran sülfat türlerini içeren, krom(III) oksitler ve hidroksitler açısından zengin bir çift tabakadan oluşur.^[42] Bu tepkimelerin termodinamiği, standart koşullar altında +0.17 V olan SO₄²⁻/SO₂ çifti için standart indirgenme potansiyeli ile yönetilir (SO₄²⁻ + 4H⁺ + 2e⁻ → SO₂(g) + 2H₂O), bu da oksitleyici senaryolarda sülfat indirgenmesinin fizibilitesini gösterir.

Altın ve platin gibi soy metaller, oksidasyona karşı yüksek dirençleri ve asitte çözünürlük eksikliği nedeniyle derişik ve ısıtılmış olsa bile sülfürik asitle tepkime vermez.^[43] Bu inertlik, metallerin pozitif standart indirgenme potansiyellerinden kaynaklanır ve H⁺ ile yer değiştirmeyi veya sülfatın indirgenmesini önler.^[44]

Tuzlarla Tepkimeler

Sülfürik asit, özellikle zayıf asitlerin tuzları veya çözünmeyen ürünler oluşturanlarla yer değiştirme tepkimelerine girerek, sülfat iyonlarının orijinal anyonun yerini aldığı metatezise yol açar. Öne çıkan bir örnek, sodyum sülfat, su ve karbondioksit gazı üreten sodyum karbonat gibi karbonat tuzlarıyla tepkimesidir. Bu tepkime için denkleştirilmiş denklem:

$$ \text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2 $$

Bu CO₂ köpürmesi gözlemlenebilir ve güçlü asit ile bazik karbonat anyonu arasındaki etkileşimin karakteristiğidir.^[45]

Benzer şekilde, sülfürik asit sülfit tuzlarıyla tepkimeye girerek kükürt dioksit gazı açığa çıkarır; bu işlem laboratuvar SO₂ preparatlarında kullanılır. Sodyum sülfit için tepkime, denklemde gösterildiği gibi sodyum sülfat, su ve SO₂ verir:

$$ \text{Na}_2\text{SO}_3 + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + \text{SO}_2 + \text{H}_2\text{O} $$

SO₂’nin boğucu kokusu, sülfit iyonunun asitten gelen sülfat ile yer değiştirdiğini doğrular.^[46]

Analitik kimyada sülfürik asit, baryum gibi az çözünen sülfatlar oluşturan katyonları içeren tuzlarla tepkimeler yoluyla çözünmeyen sülfatların çökelmesini kolaylaştırır. Baryum klorür çözeltisine sülfürik asit eklenmesi, hidroklorik asit ile birlikte beyaz bir baryum sülfat çökeltisinin hemen oluşmasıyla sonuçlanır:

$$ \text{BaCl}_2 + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{BaSO}_4 \downarrow + 2\text{HCl} $$

Bu tepkime, BaSO₄’ün düşük çözünürlüğünün (Ksp ≈ 1.1 × 10⁻¹⁰) diğer iyonlardan kaynaklanan girişimi önlemek için asidik koşullar altında kantitatif çökelmeyi sağladığı sülfat miktar tayini için gravimetrik analizde temeldir.^[47]

Ancak, tüm klorür tuzları sulu ortamda sülfürik asitle gözle görülür şekilde tepkime vermez. Örneğin, sulu sodyum klorür, HCl’nin uçuculuğu ve iyonların çözeltideki kararlılığı nedeniyle sülfürik asitle görünür bir tepkime göstermez, bu da önemli bir yer değiştirmeyi veya çökelmeyi önler.^[48] Buna karşılık, sülfürik asit endüstriyel işlemede kalsiyum sülfat (alçı taşı, CaSO₄·2H₂O) ile etkileşime girer; burada, yığın alçıyı çözmeden kirleticilerin çözünürlüğünü artırmak için genellikle yüksek sıcaklıklarda saflaştırma sırasında safsızlıkların liçi için kullanılır.^[49]

Bu asit-tuz tepkimeleri genellikle hızlıdır; bunun nedeni, sülfürik asidin sudaki yüksek çözünürlüğüdür (ağırlıkça %100’e kadar), bu da protonasyonu ve iyon değişimini verimli bir şekilde yönlendiren yüksek proton derişimlerine izin verir ve sulu ortamlarda genellikle difüzyon sınırlı hızlara yaklaşır.^[50]

Karbon ve Kükürt ile Tepkimeler

Sıcak derişik sülfürik asit, özellikle 200°C civarındaki yüksek sıcaklıklarda elementel karbona karşı güçlü oksitleyici özellikler sergiler. Bu redoks tepkimesinde karbon, sülfatı (S(VI)) kükürt dioksite (S(IV)) indirgerken karbondioksite oksitlenerek bir indirgeyici ajan görevi görür. Tepkime için denkleştirilmiş denklem:

$$ \mathrm{C + 2H_2SO_4 \rightarrow CO_2 + 2SO_2 + 2H_2O} $$

Bu süreç, zehirli olan ve laboratuvar veya endüstriyel ortamlarda dikkatli kullanım gerektiren kükürt dioksit gazını bir yan ürün olarak üretir.^[51]^[52]

Benzer şekilde, sıcak derişik sülfürik asit, elementel kükürdü oksidatif bir tepkimede oksitler; burada kükürt (oksidasyon basamağı 0) kükürt dioksite (S(IV)) dönüştürülür ve ek sülfat kükürt dioksite indirgenir. Stokiyometri şu şekilde temsil edilir:

$$ \mathrm{S + 2H_2SO_4 \rightarrow 3SO_2 + 2H_2O} $$

Burada kükürt, sülfürik asidin indirgenmesini kolaylaştıran indirgeyici olarak hareket eder. Ortaya çıkan kükürt dioksit yine önemli bir gaz yan ürünüdür ve bu tepkimelerin derişik sülfürik asidin oksitleme gücünü göstermedeki rolünü vurgular. Tarihsel olarak, bu tür indirgemeler pirit kavurma gibi kükürt açısından zengin malzemeleri içeren süreçlerde ilgili olmuştur, ancak birincil odak noktası elementel tepkimeler ve bunların denkleştirilmiş stokiyometrileri olmaya devam etmektedir.^[53]^[54]

Elektrofilik Aromatik Sübstitüsyon

Sülfürik asit, özellikle hem reaktif hem de elektrofil kaynağı olarak hareket ettiği sülfonasyonda elektrofilik aromatik sübstitüsyon (EAS) tepkimelerinde merkezi bir rol oynar. Örneğin benzenin sülfonasyonu, derişik veya dumanlı sülfürik asit koşullarında aktif elektrofil olarak kükürt trioksit (SO₃) oluşumuyla ilerleyen C₆H₆ + H₂SO₄ → C₆H₅SO₃H + H₂O tepkimesini içerir.^[55] Bu süreç yüksek sıcaklıklarda, tipik olarak 100°C’nin üzerinde tersinirdir ve sülfonik asit grubunun buhar veya seyreltik asit ile hidroliz yoluyla uzaklaştırılmasına izin verir; bu, polisübstitüsyon kontrolünde orto ve para pozisyonlarının geçici olarak bloke edilmesi için yararlıdır.^[56]

Nitrolama tepkimelerinde sülfürik asit, aromatik sübstitüsyon için kilit elektrofil olan nitronyum iyonunu (NO₂⁺) oluşturmak üzere karışık bir asit sisteminde nitrik asit ile birleştirilir. Mekanizma, nitrik asidin daha güçlü sülfürik asit tarafından protonlanmasıyla başlar: H₂SO₄ + HNO₃ → H₂NO₃⁺ + HSO₄⁻, ardından NO₂⁺ + H₂O oluşturmak için dehidrasyon gelir ve su daha sonra H₃O⁺ + HSO₄⁻ vermek üzere H₂SO₄ ile tepkimeye girer.^[57] Bu denge, sülfürik asidin suyu emme yeteneği nedeniyle NO₂⁺ oluşumuna doğru kayar, tersine dönmeyi önler ve tek başına nitrik asit ile karşılaştırıldığında daha düşük sıcaklıklarda (yaklaşık 50–60°C) verimli sübstitüsyon sağlar.^[55]

Sülfürik asit ayrıca belirli Friedel-Crafts açilleme tepkimelerinde çözücü ve katalizör olarak işlev görür ve açil klorürlerden veya anhidritlerden açilyum iyonlarının (RCO⁺) oluşumunu teşvik etmek için dehidre edici özelliklerinden yararlanır; bunlar daha sonra aromatik halkaya saldırır.^[58] Örneğin, izobütilen gibi alkenlerle alkilasyonlarda, H₂SO₄ ile protonasyon, tert-bütilbenzen vermek üzere benzen ile EAS’ye uğrayan bir karbokatyon elektrofil oluşturur.^[58] Seçicilikle ilgili olarak, sülfürik asit öncelikle elektrofilin protonlanması ve aktive edilmesi yoluyla reaktiviteyi artırır, konumsal sonuçları dolaylı olarak tepkime koşullarıyla etkiler; ancak, eklenen sülfonik asit grubu sonraki EAS adımlarında bir meta-yönlendirici olarak hizmet ederken, ilk sülfonasyon kontrollü polisübstitüsyon için orto-para bölgelerini bloke edebilir.^[56]

Endüstriyel ölçekte sülfürik asit, sentetik deterjanlardaki birincil aktif yüzey aktif maddeler olan lineer alkilbenzen sülfonatları (LAS) oluşturmak üzere nötrleştirilen lineer alkilbenzen sülfonik asitleri üretmek için lineer alkilbenzenlerin (LAB) sülfonasyonu için gereklidir.^[59] Bu süreç, ev ve endüstriyel temizlik ürünlerindeki talebi karşılamak için yıllık milyonlarca tonu aşan küresel üretimle, yüksek dönüşüm oranları ve saflık elde etmek için tipik olarak dumanlı sülfürik asit veya oleum kullanır.^[60]

Kükürt-İyot Döngüsü

Kükürt-iyot (S-I) döngüsü, yüksek sıcaklıklı ısı kaynaklarıyla çalışan kapalı döngü bir sistemde kilit bir ara madde olarak sülfürik asit kullanarak suyun ayrıştırılması yoluyla büyük ölçekli hidrojen üretimi için tasarlanmış termokimyasal bir süreçtir. 1970’lerde General Atomics tarafından gelişmiş nükleer reaktörlerle eşleşmek üzere geliştirilen döngü, termal bozunma adımları için 800–900°C arasında değişen yüksek sıcaklıklarda yürütülen üç ana tepkimeden oluşur.^[61]^[62]

Döngü, kükürt dioksitin iyot ve su ile tepkimeye girerek sülfürik asit ve hidrojen iyodür oluşturduğu Bunsen tepkimesi ile başlar:

$$ \text{SO}_2 + \text{I}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{H}_2\text{SO}_4 + 2\text{HI} $$

Bu adım, orta basınç altında yaklaşık 120°C’de gerçekleşir. Ardından sülfürik asit termal olarak iki aşamada ayrışır: önce 500–600°C civarında kükürt trioksit ve suya, ardından 800–900°C’de kükürt dioksit, su ve oksijene ayrışır:

$$ \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{SO}_2 + \text{H}_2\text{O} + \frac{1}{2}\text{O}_2 $$

Son olarak, hidrojen iyodür, hidrojen üretmek ve iyodu geri dönüştürmek için termal olarak ayrıştırılır:

$$ 2\text{HI} \rightarrow \text{I}_2 + \text{H}_2 $$

Bu tepkime, verimliliği artırmak için genellikle katalizörlerle 400–450°C’de gerçekleşir.^[63]^[62]

Sülfürik asit, S-I döngüsünde merkezi bir rol oynar; hem Bunsen tepkimesinin bir ürünü hem de yeniden kullanım için kükürt dioksiti yeniden oluştururken oksijen salmak üzere katalitik olarak parçalandığı yüksek sıcaklıklı bozunma adımında bir reaktan olarak hizmet eder. Genel süreç net su ayrışmasını başarır—$$ \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{H}_2 + \frac{1}{2}\text{O}_2 $$—diğer tüm reaktifler geri dönüştürülür, malzeme kayıplarını en aza indirir ve sürekli çalışmayı sağlar. Sülfürik asidin bu koşullar altındaki yüksek sıcaklık kararlılığı çok önemlidir, çünkü platin veya demir oksit gibi uygun katalizörler kullanıldığında önemli yan tepkimeler olmadan bozunmaya dayanır.^[64]^[62]

S-I döngüsünün teorik termal verimliliği, üretilen hidrojenin daha yüksek ısıtma değerinin net termal enerji girdisine oranı olarak tanımlanan yaklaşık %50 olarak tahmin edilmektedir; bu da onu hidrojen üretimi için en verimli termokimyasal döngülerden biri yapar. Ancak pratik uygulamalar, reaktörler ve borular için silikon karbür seramikler veya tantal alaşımları gibi gelişmiş malzemeler gerektiren sıcak, asidik karışımlardan kaynaklanan ciddi korozyon gibi zorluklarla karşı karşıyadır. ABD Enerji Bakanlığı’nın Nükleer Hidrojen Girişimi gibi girişimler kapsamındaki devam eden araştırmalar, bu malzeme dayanıklılığı sorunlarını ele alırken saatte 100–200 litreye kadar hidrojen üreten laboratuvar ölçekli entegre operasyonlar göstermiştir.^[65]^[66]^[67]

S-I döngüsünün varyantları, gerekli termal girdiyi düşürmek ve termokimyasal ve elektrokimyasal süreçleri birleştirerek genel verimliliği artırmak için özellikle hidrojen iyodür bozunma adımı için elektrolizi entegre eden hibrit konfigürasyonları içerir. Termal HI bozunmasını elektrolitik yöntemlerle değiştirenler gibi bu hibrit kükürt-iyot sistemleri, yenilenebilir veya nükleer ısı kaynaklarıyla eşleştirildiğinde gelişmiş ölçeklenebilirlik potansiyeli göstermiştir.^[68]^[69]

2025 itibarıyla son gelişmeler, Temiz Enerji Kullanımı Devlet Anahtar Laboratuvarı (Çin-AB işbirliği) tarafından entegre bir termokimyasal iyot-kükürt döngüsü sisteminin 24 saatlik sürekli çalışma testini içerir; bu test kararlı hidrojen üretimi ve gelişmiş süreç entegrasyonu sağlamıştır. Ek olarak, ekşi gaz saflaştırma ve gelişmiş hidrojen verimi uygulamaları için modifiye edilmiş beş adımlı S-I döngüleri geliştirilmiş ve süreç simülasyonları nükleer enerjiyi güç ve hidrojen ortak üretimi için entegre etmiştir.^[70]^[71]^[72]

Bulunuş

Karasal Kaynaklar

Sülfürik asit, jeolojik süreçlerde sülfür minerallerinin oksidasyonu yoluyla, özellikle hem aktif hem de terk edilmiş maden sahalarından kaynaklanan asit maden drenajında (AMD) Dünya yüzeyinde doğal olarak meydana gelir. AMD’de pirit (FeS₂), oksijen ve su ile tepkimeye girerek demir iyonları, sülfat iyonları ve hidrojen iyonları (sülfürik asit olarak asitliğe katkıda bulunur) üretir; bu süreç şu denklemle tanımlanır:

$$ 2\text{FeS}_2 + 7\text{O}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{Fe}^{2+} + 4\text{SO}_4^{2-} + 4\text{H}^+ $$

Bu süreç, madencilik faaliyetleri sırasında sülfür içeren kayaların havaya ve suya maruz kalmasıyla hızlanır ve genellikle pH seviyeleri 3’ün altında olan ve 1.000 ila 30.000 mg/L arasında değişen sülfat derişimlerine (şiddetli vakalarda yaklaşık %1-3 sülfürik aside eşdeğer) sahip oldukça asidik sulara yol açar.^[73]^[74]^[75]

Volkanik emisyonlar, magmadan salınan kükürt dioksitin (SO₂) volkanik yapılar içindeki yeraltı sularında veya yüzey sularında hidrolize olmasıyla karasal sülfürik asit oluşumuna katkıda bulunur. SO₂’nin su ile etkileşime girerek H₂SO₄ oluşturduğu bu yıkama tepkimesi, gaz halindeki emisyonları azaltır ve Arjantin’deki Río Agrio gibi bölgelerde gözlemlendiği üzere yerel hidrotermal sistemleri asitleştirir.^[76]^[77]

Kükürt oksitleyen bakterileri içeren biyolojik süreçler de topraklarda ve jeotermal habitatlarda seyreltik sülfürik asit üretir. Thiobacillus cinsindekiler gibi bu mikroorganizmalar, elementel kükürdü veya sülfürleri aerobik olarak H₂SO₄’e oksitleyerek, kaplıcalar ve termal topraklar gibi kükürt açısından zengin ortamlarda asidik koşulları korur.^[78]^[79]

Antropojenik kaynaklar arasında, cevher liçi veya işlemesinde kullanılan sülfürik asidin yüzey sularını kirlettiği madencilik ve izabe operasyonlarından kaynaklanan endüstriyel dökülmeler ve atık sular yer alır. Örneğin, bakır madenciliğinde, kazara salınımlar veya arıtılmamış atıklar yüksek derişimlerde H₂SO₄ ortaya çıkararak yerel asitleşmeyi şiddetlendirir.^[80]^[81] Doğal kaynakların yanı sıra bu yer seviyesindeki kaynaklar, asit yağmuru oluşumuna öncülük edebilir.^[82]

Atmosferik Varlık

Sülfürik asit, Dünya atmosferinde ağırlıklı olarak, 10-20 km irtifada bulunan ve Junge tabakası olarak bilinen stratosferik aerosol tabakası içindeki sıvı damlacıklar halinde bulunur. Bu aerosoller, öncelikle volkanik patlamalarla veya daha az ölçüde antropojenik SO₂’nin troposferik yükselmesiyle stratosfere enjekte edilen kükürt dioksitin (SO₂) oksidasyonundan sülfürik asidin homojen çekirdeklenmesi ve ardından büyümesi yoluyla oluşur. Parçacıklar esas olarak sulu sülfürik asit çözeltilerinden oluşur ve tipik yarıçapları 0.1 ila 0.5 µm arasında değişerek onları mikron altı aerosoller olarak sınıflandırır.^[83]^[84]^[85]

Dikkate değer bir örnek, Filipinler’deki Pinatubo Dağı’nın 1991’deki patlamasıdır; bu patlama stratosfere yaklaşık 20 milyon ton SO₂ enjekte etmiş ve tabakanın optik derinliğini patlama öncesi seviyelere kıyasla 10 ila 100 kat artıran sülfürik asit aerosollerinin hızla oluşmasına neden olmuştur. Bu aerosollerin stratosferde 1-2 yıllık bir kalış süresi vardır; bu süre zarfında yavaşça çökerler veya uzaklaştırılmadan önce kutuplara doğru taşınırlar. Bu tür olaylardan kaynaklanan stratosferik sülfat yükü, Pinatubo dumanı için modellendiği gibi 22 aya kadar sürebilir.^[86]^[87]^[88]

Troposferde, sülfürik asit buharı ve aerosolleri, SO₂’nin hidroksil radikalleri (OH•) tarafından gaz fazında oksidasyonundan kaynaklanır (SO₂ + OH• → HOSO₂•), bunu genellikle su buharı varlığında daha ileri oksidasyon adımları izler (HOSO₂• + O₂ → HO₂• + SO₃; SO₃ + H₂O → H₂SO₄). Bu süreç, sülfürik asidin yağışlardaki toplam asitliğin %60-70’ini oluşturduğu, geri kalanını ise nitrik asidin oluşturduğu asit yağmuruna önemli ölçüde katkıda bulunur.^[89]^[90]

Stratosferik sülfürik asit aerosolleri, gelen güneş radyasyonunu saçarak Dünya’nın ışınımsal dengesinde kilit bir rol oynar ve böylece yüzey iklimi üzerinde soğutucu bir etki yaratır; Pinatubo sonrası bu durum yaklaşık iki yıl boyunca küresel sıcaklıkta yaklaşık 0.5°C’lik bir düşüşe yol açmıştır. Endüstriyel düzenlemelerden kaynaklanan azaltılmış antropojenik SO₂ emisyonları nedeniyle, stratosferik sülfürik asidin mevcut arka plan seviyeleri son yıllarda düşük ve kararlı kalmıştır; baskın doğal kaynak volkanik aktivitedir.^[83]^[91]

Dünya Dışı Varlık

Sülfürik asit, çeşitli güneş sistemi cisimlerinin atmosferlerinde ve yüzeylerinde önemli bir rol oynar. Venüs’te, yaklaşık 48 ila 70 km irtifaya uzanan gezegenin kalın bulut tabakaları, ağırlıklı olarak %75-96 H₂SO₄ derişimlerine sahip sulu damlacıklardan oluşur. Bu damlacikler, volkanik aktivite ile yayılan kükürt dioksitin (SO₂) fotokimyasal oksidasyonu yoluyla oluşur; bu gaz üst atmosferdeki su buharı ile tepkimeye girerek bulut bileşimine hakim olan sülfürik asit aerosollerini üretir.^[92]^[93]

Jüpiter’in uydusu Europa, özellikle arka yarımküresinde buzlu yüzeyinin kilit bir bileşeni olarak hidratlı sülfürik asit sergiler. Genellikle H₂SO₄·nH₂O hidratları formundaki bu bileşik, Jüpiter’in manyetosferik radyasyonu (yakındaki Io’dan kaynaklanan) tarafından su buzuna implante edilen kükürt iyonlarının radyolitik işlenmesinden kaynaklanır. Tespit, NASA’nın Galileo uzay aracı tarafından yakın kızılötesi spektroskopi ile sağlanmış, gözlemlenen absorpsiyon özellikleriyle eşleşen laboratuvar spektrumları, ana buz dışı bileşen olarak varlığını doğrulamıştır.^[94]^[95]

Başka bir Jüpiter uydusu olan Io’da sülfürik asit, yoğun volkanik aktivite sırasında püskürtülen kükürt zengini bulutlarda geçici olarak oluşabilir. Uydunun yüzeyi ve atmosferi, patlamalardan kaynaklanan elementel kükürt ve SO₂ ile kaplıdır ve eser miktardaki oksijenle etkileşimler H₂SO₄ verebilir, ancak dinamik ortam nedeniyle doğrudan tespit zordur.^[96]^[97]

Kuyruklu yıldızlarda ve yıldızlararası kükürt kimyasında eser miktarda sülfürik asit bulunmaktadır. 67P/Churyumov-Gerasimenko gibi kuyruklu yıldızlarda SO₂ tespitleri, buzlu mantolarda ışınlama veya kükürt içeren türlerin sulu işlenmesi yoluyla potansiyel H₂SO₄ oluşumunu düşündürmektedir. Benzer şekilde, yoğun yıldızlararası moleküler bulutlarda, hidratlı sülfürik asidin bir toz tanesi bileşeni olduğu ve gaz fazından kükürt tükenmesine katkıda bulunduğu öne sürülmüştür.^[98]^[99]

Dünya dışı sülfürik asit, sülfat gruarındaki S-O gerilme titreşimlerine atfedilen 7.5 ve 8.5 μm arasındaki karakteristik kızılötesi absorpsiyon bantları ile spektroskopik olarak tanımlanır. Bu özellikler, Venüs bulutlarının ve Europa yüzeylerinin gözlemleriyle eşleştirilmiş ve uzaktan algılama çabalarına yardımcı olmuştur.^[99]^[100]

Üretim

Temas İşlemi

Temas işlemi (contact process), kükürt dioksitin kükürt trioksite katalitik oksidasyonunu ve ardından asidi oluşturmak için hidrasyonu içeren, sülfürik asit üretimi için birincil endüstriyel yöntemdir. S(k) + O₂(g) → SO₂(g) tepkimesine göre kükürt dioksit gazı üretmek için elementel kükürdün kuru hava ile bir brülörde yakılmasıyla başlar. Ortaya çıkan SO₂, oksidasyon aşamasına girmeden önce katalizörü zehirleyebilecek arsenik bileşikleri gibi safsızlıkları gidermek için saflaştırılır.

Temel adımda SO₂, silika veya diyatomlu toprak üzerinde desteklenen vanadyum pentoksit (V₂O₅) katalizörü kullanılarak çok yataklı bir konvertörde, 400–450°C sıcaklıklarda ve atmosferik basınca yakın bir basınçta SO₃’e oksitlenir. Tepkime şöyledir:

$$ 2\text{SO}_2\text{(g)} + \text{O}_2\text{(g)} \rightleftharpoons 2\text{SO}_3\text{(g)} $$

Bu ekzotermik, tersinir süreç, ısıyı yönetmek ve dengeyi optimize etmek için genellikle ara soğutmalı 4-5 katalizör yatağından oluşan konvertörde geçiş başına yaklaşık %98 dönüşüm sağlar. V₂O₅ katalizörü aktivasyon enerjisini düşürür ancak yüzeyinde inaktif bileşikler oluşturan arsenik gibi zehirlere karşı hassastır, bu da gazın önceden titizlikle saflaştırılmasını gerektirir.

Üretilen SO₃, aşındırıcı bir sis oluşumunu önlemek için su yerine derişik sülfürik asit (%98-99) kullanılarak bir absorpsiyon kulesinde emilir; bu, SO₃ + H₂SO₄ → H₂S₂O₇ yoluyla oleum (H₂S₂O₇) oluşturur ve daha sonra sülfürik asit elde etmek için su ile seyreltilir: H₂S₂O₇ + H₂O → 2H₂SO₄. Modern çift temas çift absorpsiyon varyantında, tepkimeye girmemiş SO₂ ara absorpsiyondan sonra daha fazla oksitlenerek toplam verimliliği SO₂’den H₂SO₄’e %99.5 dönüşüme çıkarır ve yüksek saflıkta asit üretir. Süreç akışı, enerji geri kazanımını ve yüksek verimi mümkün kılan kükürt brülörü, SO₂ konvertörü, ısı eşanjörleri ve absorplayıcıları entegre eder.

Bu yöntem, yüksek verimi, enerji verimliliği ve derişik asidi ekonomik bir şekilde üretme yeteneği nedeniyle küresel sülfürik asit üretimine hakimdir ve üretimin yaklaşık %99’unu oluşturur.

Islak Sülfürik Asit İşlemi

Islak sülfürik asit (WSA) işlemi, tipik olarak %10 hacmin altında düşük SO₂ derişimlerine sahip ıslak kükürt içeren gazlardan sülfürik asit üretmek için tasarlanmış katalitik bir yöntemdir. H₂S ve CS₂ gibi kükürt bileşiklerinin nemli akışlarda bulunduğu rafineriler ve metalürjik operasyonlar gibi kaynaklardan gelen atık gazların işlenmesi için özellikle uygundur. Geleneksel kuru işlemlerin aksine, WSA yaklaşımı oksidasyon ve absorpsiyonu su buharı varlığında gerçekleştirerek gaz kurutma adımlarını önler ve bir oleum ara maddesi olmadan doğrudan sülfürik asit oluşumunu sağlar.

Süreç, SO₂ veya dönüştürülebilir kükürt türleri içeren ıslak besleme gazının, gerekirse SO₂ oluşturmak için yanma veya termal oksidasyon yoluyla yaklaşık 400°C’ye önceden ısıtılmasıyla başlar. Bu önceden ısıtılmış gaz daha sonra, yüksek dönüşüm oranları için daha düşük sıcaklıklarda (350–450°C) ve düşük SO₂ seviyelerinde etkili bir şekilde çalışan sezyum destekli vanadyum (Cs-V) katalizörü kullanılarak SO₂’nin SO₃’e oksitlendiği bir katalitik konvertöre girer. Ortaya çıkan SO₃, denkleme göre gaz fazında su buharı ile adyabatik olarak tepkimeye girerek gaz halindeki H₂SO₄’ü oluşturur:

$$ \text{SO}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{H}_2\text{SO}_4 $$

Bir yoğunlaştırıcıda daha sonraki soğutma, sülfürik asidin yoğunlaşmasını teşvik ederek tipik olarak ağırlıkça %98 kuvvetinde derişik bir ürün verirken, temizlenen atık gaz minimum emisyonla boşaltılır.

WSA işleminin temel avantajları arasında, rafineri akışlarından doğrudan H₂S ve CS₂ içeren ıslak gazları işleyebilmesi, sıvı atık üretmeden veya kapsamlı ön arıtma gerektirmeden %99’u aşan kükürt geri kazanım verimliliklerine ulaşması yer alır. Süreç ayrıca yüksek basınçlı kızgın buhar üretmek için fazla ısıyı geri kazanır ve H₂S arıtımı için Claus işlemi gibi alternatiflere kıyasla genel enerji verimliliğini artırır. İzabe tesislerinde atık gaz arıtımı için yaygın olarak uygulanır ve endüstriyel tesislerde kapsamlı kükürt yönetimi için temas işlemi üniteleriyle entegre edilir.

Diğer Yöntemler

18. yüzyılda geliştirilen kurşun odalar işlemi, azot oksitlerini (NO) katalizör olarak kullanarak büyük, kurşun kaplı odalarda kükürt dioksiti (SO₂) oksitleyerek sülfürik asit üretmek için kullanılan erken bir endüstriyel yöntemdi. Süreç, SO₂ üretmek için kükürt veya piritin yakılmasını, ardından hava ve nitrik asit buharlarıyla karıştırılmasını içeriyordu; ortaya çıkan nitrosilsülfürik asit ara maddesi, oda duvarlarında yoğunlaşan sülfürik asit sisini oluşturmak için ayrışıyordu. Bu yöntem tipik olarak, ağartma gibi uygulamalar için uygun olan ancak kurşun odalardaki verimsizlik ve korozyon sorunlarıyla sınırlı olan %50-80 derişiminde oda asidi veriyordu. 20. yüzyılın başlarında temas işleminin üstün verimliliği nedeniyle geçerliliğini yitirdi.

Pirit kavurma, özellikle bol pirit yataklarına sahip bölgelerde, demir sülfür cevherlerinden SO₂ hammaddesi üretmek için alternatif bir yol sağlar. Cevher, 600-1000°C’de akışkan yataklı reaktörlerde hava ile kavrulur ve tepkimeyle temsil edildiği gibi demir oksitleri ve SO₂ gazı üretmek için ekzotermik oksidasyona uğrar:

$$ 4\text{FeS}_2 + 11\text{O}_2 \rightarrow 2\text{Fe}_2\text{O}_3 + 8\text{SO}_2 $$

SO₂ daha sonra saflaştırılır, soğutulur ve standart oksidasyon ve absorpsiyon adımları (asidülasyon) yoluyla sülfürik aside dönüştürülür. Bu yöntem buhar üretimi için ısıyı geri kazanır ve çelik yapımı için bir yan ürün olarak demir açısından zengin kalsin verir, ancak elementel kükürt yakmaya kıyasla ton asit başına daha fazla cevher gerektirir ve daha yüksek emisyonlar üretir. Küresel olarak, izabe gazları gibi metalürjik kaynaklar, asit üretimi için SO₂ hammaddesinin yaklaşık %30’una katkıda bulunur.

Anhidrit işlemi, alçı taşı veya anhidrit (CaSO₄) kullanan, çimento imalatı ile entegre sülfürik asit üretmek için kullanılan tarihi bir yöntemdi. Malzeme, karbon ile yaklaşık 1200°C’de indirgeyici koşullar altında kalsine edilir, CaO, SO₂ ve diğer gazlar üretilir; SO₂, H₂SO₄ oluşturmak üzere suda absorpsiyon için SO₃’e oksitlenirken, CaO çimento klinkerine katkıda bulunur. Basitçe CaSO₄ → CaO + SO₃ olarak yaklaşılan süreç, 1930’lardan 1976’ya kadar Birleşik Krallık’ta endüstriyel olarak işletildi ancak yüksek enerji talepleri ve daha ucuz kükürt kaynakları nedeniyle durduruldu.

Elektrokimyasal yöntemler, SO₂’yi elektrolitik hücrelerde sülfürik aside oksitler; genellikle anot ve katot bölmelerini ayırmak için proton değişim membranları kullanılır, yan ürünler olarak H₂SO₄ ve hidrojen üretilir. SO₂ oksidasyon için anoda beslenir (SO₂ + 2H₂O → H₂SO₄ + 2H⁺ + 2e⁻), ancak bu işlemler kütle taşınımı sınırlamaları ve yan tepkimeler nedeniyle tipik olarak %90’ın altında olan düşük akım verimliliklerinden ve verimlerden muzdariptir. Büyük ölçekli üretimden ziyade öncelikle baca gazı arıtımı veya hidrojen üretimi için araştırılmaktadırlar.

Kolektif olarak, bu alternatif yöntemler, elementel kükürt veya izabe yan ürünlerini kullanan baskın süreçlerin gölgesinde kalarak, küresel sülfürik asit üretiminin %5’inden azını oluşturmaktadır.

Sürdürülebilir İlerlemeler

Sülfürik asit üretimindeki son yenilikler, çevresel etkiyi ve kaynak tüketimini en aza indirmek için çevre dostu teknikleri vurgulamaktadır. 2024 yılında küresel üretim yaklaşık 260 milyon metrik tona ulaşmıştır ve tahminler, artan geri dönüşüm ve düşük emisyonlu yöntemler de dahil olmak üzere sürdürülebilir uygulamalara daha güçlü bir vurgu yapılarak 2025 yılı sonuna kadar yaklaşık 280 milyon metrik tona büyüyeceğini göstermektedir.^[4]

Önemli bir sürdürülebilir ilerleme, rafineri ve kimyasal operasyonlardan asidi geri kazanan Kullanılmış Asit Rejenerasyonu (SAR) yöntemi gibi katalitik yeniden dönüştürme süreçleri yoluyla kullanılmış sülfürik asidin rejenerasyonunu içerir. Bu yaklaşım, dünya çapında yıllık 2.5 ila 5 milyon metrik tonu (üretimin yaklaşık %2’sini temsil eder) geri kazanarak atık bertarafını ve hammadde taleplerini azaltırken endüstriyel uygulamalarda yeniden kullanıma olanak tanır.^[3] Pirohidroliz, belirli kullanılmış asit akışları için alternatif bir termal bozunma yolu sunar ve geri kazanılabilir asit elde etmek için safsızlıkları yüksek sıcaklıklarda hidrolize eder, ancak organik kirleticileri işlemedeki verimlilikleri nedeniyle katalitik yöntemler baskındır.

Düşük karbonlu üretim yöntemleri, özellikle temas işleminde kükürt dioksit oksidasyonunu güçlendirmek için elektrolizden elde edilen yeşil hidrojen de dahil olmak üzere yenilenebilir enerji kaynaklarını kullananlar ilgi görmektedir; böylece fosil yakıt türevli enerjiye ve ilgili CO₂ emisyonlarına olan bağımlılık azalmaktadır. Bu teknikler, kimyasal üretimde karbonsuzlaştırma hedefleriyle uyumludur.^[101]

Sezyum katkılı vanadyum pentoksit (Cs-katkılı V₂O₅) gibi gelişmiş katalizör geliştirmeleri, geleneksel 400–450°C operasyonlarına kıyasla yaklaşık 350–385°C gibi daha düşük sıcaklıklarda SO₂ oksidasyonunu mümkün kılarak, azaltılmış ısıtma ihtiyaçları ve iyileştirilmiş dönüşüm verimliliği yoluyla enerji gereksinimlerini düşürür. Bu katalizörler, optimize edilmiş gaz işleme yoluyla emisyon azaltımlarını desteklerken temas işleminde genel tesis performansını artırır.^[102]

Elektrolitik sülfürik asit üretimi, asit üretimini hızlandırılmış mineral ayrışması yoluyla doğrudan karbondioksit yakalama ile birleştirerek sürdürülebilirlikte bir sınırı temsil eder. Bu süreçte, yenilenebilir enerjilerle çalışan sülfat çözeltilerinin elektrodiyalizi sahada sülfürik asit üretir; bu asit daha sonra CO₂’yi kalıcı olarak tutan kararlı karbonatlar oluşturmak için olivin gibi CO₂-reaktif mineralleri ayrıştırmak için kullanılır. Bu entegre yaklaşım sadece yüksek saflıkta asit sağlamakla kalmaz, aynı zamanda atmosferik veya baca gazı CO₂’si için etkili mineralizasyon oranları gösteren laboratuvar gösterimleriyle ölçeklenebilir negatif emisyonlar da sağlar.^[103]

Kullanım Alanları

Gübre Üretimi

Sülfürik asit, endüstriyel tüketiminin en büyük payını oluşturarak fosfatlı gübrelerin üretiminde çok önemli bir rol oynar. Birincil uygulama, küresel tarım için gerekli olan çeşitli fosfat bazlı gübreleri oluşturmak için kullanılan fosforik asidin imalatına yönelik ıslak işlemi içerir. Bu işlem, bir yan ürün olarak kalsiyum sülfat üretirken fosforik asidi serbest bırakmak için fosfat kayasını (öncelikle florapatit) sülfürik asit ile tepkimeye sokar.^[104]

Islak işlemdeki kilit tepkime şöyledir:

$$ \mathrm{Ca_5(PO_4)_3F + 5H_2SO_4 + 10H_2O \rightarrow 3H_3PO_4 + 5CaSO_4 \cdot 2H_2O + HF} $$

Bu tepkime fosfat kayasını bir bulamaç içinde sindirerek gübre formülasyonu için uygun ticari sınıf fosforik asit verir. Küresel olarak, sülfürik asit üretiminin yaklaşık %60’ı veya 2024’te yıllık yaklaşık 160 milyon ton, gıda güvenliğini desteklemedeki kritik öneminin altını çizerek bu gübre sektörüne ayrılmıştır.^[105]^[4]

Islak işlemdeki önemli bir zorluk, üretilen P₂O₅ tonu başına kabaca 5 ton üretilen kalsiyum sülfat dihidrat yan ürünü olan fosfojipsin yönetimidir. Bu alçı taşı tipik olarak büyük yığınlarda veya havuzlarda depolanır ve arazi kullanımını ve potansiyel sızıntı sorunlarını en aza indirmek için dikkatli kullanım gerektirir, ancak düzenlemelerin izin verdiği durumlarda inşaat veya tarımda yeniden kullanılabilir.^[106]

Doğrudan sülfürik asitten türetilen bir diğer önemli gübre, monokalsiyum fosfat ve alçı taşı karışımı üretmek için fosfat kayasının sülfürik asit ile işlenmesiyle oluşturulan tekli süperfosfattır (SSP):

$$ \mathrm{Ca(H_2PO_4)_2 \cdot H_2O + CaSO_4} $$

Bu ürün hem fosfor hem de kükürt besinleri sağlayarak özellikle kükürt eksikliği olan topraklar için değerli kılar. Islak işlem, yaklaşık %93 fosfor geri kazanım oranları ile yüksek verimlilik sağlar ve hidrojen florür (HF) olarak salınan flor, genellikle alüminyum florür veya diğer florokimyasalların üretiminde kullanılmak üzere yakalanır.^[107]^[108]

Gıda güvenli gübrelerdeki uygulamalar için, düzenleyici standartları karşılamak üzere ek saflaştırma adımlarını içeren daha yüksek saflıkta fosforik asit dereceleri gerekebilir.^[104]

Kimyasal Sentez

Sülfürik asit, çok sayıda inorganik ve organik kimyasalın sentezinde çok önemli bir rol oynar. Bu kullanım, asidin değerli bileşiklerin oluşumunu kolaylaştırmak için bir reaktan, katalizör veya dehidre edici ajan olarak hareket ettiği kilit endüstriyel süreçleri kapsar.^[109]

İnorganik kimyasal üretiminde sülfürik asit, sülfat işlemi yoluyla titanyum dioksit üretimi için gereklidir. İlmenit cevheri (FeTiO₃), titanyum(IV) sülfat (TiOSO₄) ve demir(II) sülfat oluşturmak için derişik sülfürik asit ile sindirilir, ardından titanyum dioksit hidratı çöktürmek için titanyum sülfat çözeltisinin hidrolizi yapılır ve bu daha sonra pigment sınıfı TiO₂ üretmek için kalsine edilir.^[110] Bu yöntem, sülfürik asidin titanyumu çözme ve demir safsızlıklarından ayırma yeteneğinden yararlanarak küresel TiO₂ üretiminin önemli bir kısmını oluşturur.^[111]

Bir diğer önemli inorganik uygulama, su arıtma, kağıt boyutlandırma ve tekstilde kullanılan alüminyum sülfat (şap, Al₂(SO₄)₃) üretimidir. Boksit cevheri, alüminayı (Al₂O₃) çözmek için sülfürik asit ile sindirilir ve alüminyum hidroksit ara maddelerinin asitle tepkimesi yoluyla alüminyum sülfat verir; tam dönüşümü sağlamak için genellikle fazla asit gerekir.^[112] Bu işlem tipik olarak %30-65 H₂SO₄ derişimlerini ve cevherden gelen safsızlıkları en aza indirmek için kontrollü sıcaklıkları içerir.^[113]

Organik sentezde sülfürik asit, deterjanlardaki kilit yüzey aktif maddeler olan lineer alkilbenzen sülfonatların (LAS) üretiminde belirgin bir şekilde kullanılır. Lineer alkilbenzen (LAB), sülfonik asidi oluşturmak için oleum (H₂SO₄ ve SO₃ karışımı) veya derişik sülfürik asit kullanılarak sülfonlanır ve daha sonra sodyum tuzunu üretmek için nötrleştirilir.^[114] Bu elektrofilik aromatik sübstitüsyon tepkimesi, sülfürik asidin sülfonasyon için elektrofil oluşturmadaki rolünü vurgular.^[115]

Sülfürik asit ayrıca rejenere bir selüloz lifi olan rayon üretimini de kolaylaştırır. Odun hamurundan elde edilen selüloz, selüloz ksantat oluşturmak için sodyum hidroksit ve karbon disülfür ile işlenir; bu daha sonra seyreltik alkalide çözülür ve %10-15 sülfürik asit içeren bir eğirme banyosuna ekstrüde edilir; asit ksantatı ayrıştırarak pıhtılaşma ve çapraz bağlanma yoluyla katı selüloz liflerini yeniden oluşturur.^[116] Bu ıslak eğirme işlemi, rejenerasyonu verimli bir şekilde yürütmek için asidin protonasyonuna dayanır.^[117]

Petrol Rafinasyonu ve Elektrolitler

Petrol rafinasyonunda sülfürik asit, alkilasyon işleminde bir katalizör olarak hareket eder ve izobütan ile propilen ve bütilen gibi hafif olefinler arasındaki tepkimeyi kolaylaştırarak üstün vuruntu önleyici özelliklere sahip yüksek oktanlı bir benzin harmanlama stoğu olan alkilat üretir.^[118] Bu tepkime, düşük sıcaklıklarda (tipik olarak 5–15°C) ve yüksek basınçlarda, seçici alkilasyonu teşvik ederken polimerizasyon gibi yan tepkimeleri en aza indiren derişik sülfürik asit (genellikle %88–98 H₂SO₄) varlığında gerçekleşir. Bu süreçteki asit tüketimi, hammadde kalitesine ve işletme koşullarına bağlı olarak üretilen alkilat galonu başına 0.2 ila 0.4 pound (varil başına kabaca 8–17 pound’a eşdeğer) arasında değişmektedir.^[119]

Verimliliği optimize etmek ve atığı azaltmak için, alkilasyon ünitelerinden gelen (su ve hidrokarbonlarla seyreltilmiş ve kirlenmiş) kullanılmış sülfürik asit, %99 saflığa ulaşmak için sahada veya saha dışında rejenere edilir, taze katalizör olarak yeniden kullanıma izin verir ve işlenmemiş asit satın alma ihtiyacını en aza indirir.^[120] Bu rejenerasyon, termal bozunma, gaz temizleme, kükürt dioksit dönüşümü ve absorpsiyonu içerir; asidin %95’inden fazlasını geri kazanırken yeniden satış için kükürdü yakalar.^[121] Küresel olarak, petrol rafinasyonu toplam sülfürik asit üretiminin yaklaşık %5’ini tüketir ve bu da yıllık yaklaşık 13–15 milyon metrik tona tekabül eder.^[122]

Sülfürik asit ayrıca, kurşun plakalar ve kurşun dioksit arasındaki elektrokimyasal tepkimeler için ortam sağladığı ve kurşun sülfatın tersinir oluşumu yoluyla elektrik enerjisi ürettiği kurşun-asit pillerde elektrolit olarak kritik bir rol oynar.^[123] Elektrolit, tipik olarak %30–35’lik sulu bir H₂SO₄ çözeltisidir ve 25°C’de 1.25–1.28 g/cm³’lük bir özgül ağırlığa karşılık gelir; bu da optimal iyonik iletkenlik ve tepkime kinetiği sağlar.^[123] Her pil hücresi 2 V’luk nominal bir voltaj sağlar ve toplam pil voltajı seri bağlı hücre sayısıyla belirlenir (örneğin, altı hücre için 12 V); özgül ağırlık, su oluşumu nedeniyle deşarj sırasında (~1.28’den ~1.20 g/cm³’e) düştüğü için şarj durumunun güvenilir bir göstergesi olarak rutin olarak izlenir.^[124] Seyreltik sülfürik asidin yüksek iletkenliği, elektrotlar arasında verimli proton ve bisülfat iyonu taşınmasını kolaylaştırır. Küresel olarak, pil üretimi sülfürik asit tüketiminin yaklaşık %6’sını oluşturur (genellikle pigmentlerle gruplandırılır); rafinasyon ve bu kullanımlar birleştirildiğinde yıllık yaklaşık 30 milyon metrik ton tutarındadır.^[122]

Temizleme ve Kataliz

Sülfürik asit, organik ve inorganik birikintileri parçalamasını sağlayan güçlü dehidre edici ve aşındırıcı özellikleri nedeniyle çeşitli endüstriyel ve evsel uygulamalarda etkili bir temizlik maddesi olarak hizmet eder. Lavabo açıcılarda, tipik olarak %70-93 H₂SO₄ içeren derişik çözeltiler, asidin bu malzemelerden suyu uzaklaştırarak karbonlaşmalarına ve sıvılaşmalarına yol açtığı dehidrasyon yoluyla saç, yağ ve gıda atıkları gibi organik tıkanıklıkları çözmek için kullanılır.^[125] Bu süreç, seyreltmeden kaynaklanan önemli miktarda ısı üretir ve yağların ve proteinlerin erimesine daha fazla yardımcı olur; profesyonel formülasyonlar genellikle PVC veya dökme demir gibi aside dayanıklı tesisatlardaki tıkanıklıklarda hızlı etki için %93 derişimdedir.^[14] Bazı tuvalet temizleyicileri de dahil olmak üzere evsel kullanım için, asidin porselen yüzeylere aşırı zarar vermeden karbonatlar ve proteinlerle tepkimeye girme yeteneğinden yararlanılarak, mineral lekelerini ve organik kalıntıları güvenli bir şekilde gidermek için %15 H₂SO₄’ün altındaki daha seyreltik çözeltiler uygulanır.^[14]

Metal işlemede sülfürik asit, galvanizleme veya kaplama öncesinde yüzey oksitlerini, pası ve tufalı gidermek amacıyla çeliği asitlemek (decapage) için yaygın olarak kullanılır. Genellikle 60-82°C’ye ısıtılan %5-15 H₂SO₄’lük seyreltik çözeltiler, demir oksitleri asit saldırısı yoluyla etkili bir şekilde çözerek, aşırı hidrojen gevrekleşmesi olmadan 10-20 dakika içinde temiz metal yüzeyleri açığa çıkarır.^[14]^[126] Benzer şekilde, cevher işlemede sülfürik asit, hidrometalürjik operasyonlarda oksit cevherlerinden bakırın liç edilmesini kolaylaştırır. %3-7 H₂SO₄ derişimleri, ferrik sülfatla birleştirildiğinde, basit asit ayrışması yoluyla çözünür bakır sülfat oluşturmak için bakır oksitleri çözer ve kırılmış cevher yığınlarında 6-7 günlük bir süzülme döngüsü boyunca %80-90 geri kazanım sağlar.^[127]

Bir katalizör olarak sülfürik asit, özellikle serbest yağ asitleri yüksek hammaddelerden biyodizel üretiminde esterleşme tepkimelerinde çok önemli bir rol oynar. Asit (yağa göre ağırlıkça %0.5-2.5), karboksilik asitlerin karbonil grubunu protonlayarak metanol gibi alkollerin ester ve su oluşturmak üzere nükleofilik saldırısını artırır; 55-100°C’deki optimal koşullar ve 6:1 ila 9:1 arasındaki alkol-yağ oranları %96-99 dönüşüm sağlar.^[128] Bu asit katalizli mekanizma, baz katalizinde yaygın olan sabun oluşumunu önleyerek sonraki saflaştırmayı basitleştirir ve düşük maliyetli, asidik yağlar için uygun hale getirir.^[128]

Diğer Uygulamalar

Sülfürik asit, ilaç endüstrisinde, özellikle salisilik asidin asetik anhidrit ile asetilasyonu yoluyla aspirin sentezinde bir katalizör olarak hizmet eder; burada tepkimeyi kolaylaştırmak için anhidriti protonlar.^[129] Bu katalitik rol, esterleşme sürecini hızlandırırken yan tepkimeleri en aza indirerek analjezik bileşiğin verimli üretimini sağlar.^[130]

Su arıtımında sülfürik asit, alkaliniteyi düşürmek ve atık su ve içme suyu süreçlerinde pıhtılaşma, topaklanma ve metal çökelmesi için koşulları optimize etmek üzere pH ayarlaması için uygulanır.^[131] Ayrıca, glokoni gibi malzemelerin işlenmesi veya asitleştirme yoluyla demir klorür verimliliğinin artırılması gibi pıhtılaştırıcı üretimine de yardımcı olur; bu da aşırı metal eklemeden parçacık giderimini iyileştirir.^[132]^[133]

Sülfürik asit, tekstil, mürekkep ve kaplamalar için renklendiriciler oluşturmak üzere organik sentez tepkimelerinde sülfonlayıcı veya dehidre edici bir ajan olarak hareket ettiği boya ve pigment üretiminde uygulama alanı bulur.^[4]

Laboratuvar ortamlarında, 0.1 N (0.05 M) gibi standartlaştırılmış sülfürik asit çözeltileri, alkaliniteyi veya bazların derişimlerini yüksek hassasiyetle belirlemek için asit-baz titrasyonları dahil olmak üzere hacimsel analizlerde rutin olarak kullanılır.^[134] Bu çözeltiler, asidin güçlü ayrışması ve standardizasyon kolaylığı nedeniyle nicel kimyasal analizler için kararlı, izlenebilir bir referans sağlar.^[135]

Sülfürik asidin gelişmekte olan kullanımları arasında, metanol bileşimlerine ilavelerin veya sulu çözeltilerin yerinde jelleşmesinin doğrudan metanol yakıt hücrelerinde iletkenliği ve güç çıkışını artırdığı yakıt hücrelerinde bir elektrolit olarak rolü yer alır.^[136]^[137] Nanoteknolojide, glutatyon gibi öncülerden mikrodalga destekli yöntemlerle üretilen kükürt katkılı karbon varyantları gibi kuantum noktalarının sentezini kolaylaştırarak algılama ve biyo-görüntüleme için floresan nanomalzemeler sağlar.^[138]

Tarihçe

Vitrioller ve Erken Tanınma

Tarihsel olarak çeşitli hidratlı metal sülfatlarına uygulanan bir terim olan vitrioller (zaçlar), antik çağda sülfürik asit öncülerinin bilinen en eski kaynakları arasındaydı. Sülfür cevherlerinin ayrışmasıyla doğal olarak oluşan bu bileşikler arasında, kimyasal olarak demir sülfat heptahidrat ($$ FeSO_4 \cdot 7H_2O $$) olan yeşil vitriol (Kıbrıs taşı/zaç-ı kıbrıs) ve bakır sülfat pentahidrat ($$ CuSO_4 \cdot 5H_2O $$) olan mavi vitriol (göztaşı) gibi öne çıkan örnekler bulunur. Kristal yapıları ve canlı renkleri (demir bazlı için yeşil ve bakır bazlı için koyu mavi), onları genellikle madenlerde veya volkanik alanlarda çiçeklenmeler (efloresans) olarak meydana gelen doğal yataklarda ayırt edici kılmıştır.^[139]

Eski Mısırlılar vitriolleri yaklaşık MÖ 1500 gibi erken bir tarihte, öncelikle büzücü ve antiseptik niteliklerinden yararlanarak çeşitli hastalıkları ve rahatsızlıkları tedavi etmek için tıbbi uygulamalarda kullandılar. Bu maddeler ayrıca metal saflaştırma için metalurjide ve boyaları liflere bağlayarak tekstillerde renkleri sabitlemek için boyama işlemlerinde mordan olarak kullanım alanı buldu. Bu uygulamalar, vitriollerin reaktif doğasına ilişkin pratik bilgileri vurgulamaktadır, ancak tam kimyasal önemleri o zamanlar keşfedilmemişti.^[140]^[141]

Romalı yazar Yaşlı Pliny, Naturalis Historia (MS 77) adlı eserinde vitriollerin en eski ayrıntılı anlatımlarından birini sunmuş ve bunları Kıbrıs mağaralarında ve madenlerinde bakır açısından zengin çözeltilerden ortaya çıkan beyaz, sarkıt oluşumlar (limus olarak adlandırılır) olarak tanımlamıştır. Çözünürlüklerini, tabaklama için deriyi karartmadaki faydalarını ve metalürjik süreçlerdeki rollerini not etmiş, çözündüklerinde aşındırıcı etkilerini vurgulamıştır. Bu gözlemler, vitriollerin metaller ve organik maddeler üzerindeki dehidre edici ve dağlama özelliklerinin altını çizmiş ve daha sonraki kimyasal içgörüler için zemin hazırlamıştır.^[139]

Sülfürik asidin kendisinin erken tanınması, vitriollerin ısıtılmasını ve yıkıcı damıtılmasını içeren deneylerden kaynaklandı; bu deneyler, “vitriol yağı” ($$ H_2SO_4 $$) olarak adlandırılan viskoz, oldukça aşındırıcı bir sıvı verdi. Bu madde, organik malzemeleri kömürleştirme ve metalleri çözme yeteneğine sahip yoğun dehidre edici etkisiyle değer görüyordu, ancak saf izolasyon ve sistematik üretim sonraki yüzyıllara kadar gerçekleştirilemedi.^[139]

İslami ve Ortaçağ Katkıları

İslam’ın Altın Çağı sırasında, alimler sülfürik asidin izolasyonu ve uygulanmasında önemli ilerlemeler kaydettiler; bu madde Arapça ve Farsça metinlerde genellikle “vitriol yağı” veya “zaç” olarak anılırdı. Geber olarak da bilinen 8. yüzyıl Fars bilgini Cabir bin Hayyan, yeşil vitriolün (demir sülfat) damıtılması yoluyla sülfürik asit üretiminin ilk ayrıntılı açıklamasıyla tanınır. Simya çalışmalarında, kimyasal dönüşümler için güçlü asidik özelliklerini fark ettiği “yeşil yağ” olarak adlandırdığı viskoz, yağlı bir sıvı elde etmek için vitriolü özel aparatlarda ısıtma sürecini özetledi.^[139]

Cabir’in temelleri üzerine inşa eden 9. yüzyıl bilgini Ebu Bekir er-Razi (Rhazes), simyada sülfürik asidin pratik kullanımını, özellikle de dönüşüm deneylerinin bir parçası olarak metalleri çözmek için geliştirdi. Kapsamlı incelemesi Kitab al-Asrar‘da (Sırlar Kitabı), er-Razi vitriolleri mineral maddelerin önemli bir kategorisi olarak sınıflandırdı ve bakır ve demir gibi metalleri parçalayabilen asitler üretmek için damıtılmalarını tarif etti ve patlayıcı tepkimelerden kaçınmak için kontrollü ısıtmayı vurguladı. Ayrıca asidin, soy metalleri çözmek için kullanılan bir karışım olan kral suyunun hazırlanmasındaki rolüne dikkat çekerek simya operasyonlarındaki aşındırıcılık gücünü vurguladı.^[142]

11. yüzyıla gelindiğinde, İbn-i Sina (Avicenna), ansiklopedik El-Kanun fi’t-Tıbb (Tıbbın Kanunu) adlı eserinde sülfürik asidin özelliklerinin ve tıbbi uygulamalarının sistematik bir belgelenmesini sağladı. Vitriol damıtmasından elde edilen “zaj al-rum”u (Roma vitriol yağı) oldukça aşındırıcı ve büzücü bir madde olarak tanımladı, deri ve dokular üzerindeki yakıcı etkileri konusunda uyardı ve ülserleri, yaraları tedavi etmek ve kanamayı durdurmak için kurutucu olarak seyreltilmiş formlarını önerdi. Er-Razi ve İbn-i Sina’dan etkilenen bu döneme ait Farsça tıp metinleri, vitriol kalsinasyonu ve damıtılması yoluyla “zaç” hazırlamak için tarifler içeriyordu; genellikle ciddi aşındırıcılığı ve dehidre edici etkileri nedeniyle soluma veya doğrudan temasa karşı açık uyarılar içeriyordu.^[143]

Bu tekniklere ilişkin bilgi, 12. ve 13. yüzyıllarda İslami simya ve tıp metinlerinin Latince çevirileri yoluyla, özellikle Cabir, er-Razi ve İbn-i Sina’nın eserlerinin Cremonalı Gerard gibi alimler tarafından Latinceye çevrildiği Toledo ve Bağdat gibi merkezler aracılığıyla Avrupa’ya yayıldı. Bu aktarım, Avrupalıları sülfürik asit üretimi ve kullanımlarıyla tanıştırdı ve daha sonraki simya gelişmelerine zemin hazırladı.

Avrupa Simya Gelişmeleri

13. yüzyılda, Avrupalı simyacılar, daha önceki İslami mineral işleme yöntemleri üzerine inşa ederek vitriollerin damıtılmasını keşfetmeye başladılar.^[139] 1300 civarında aktif olan ve Pseudo-Geber (Sahte-Geber) olarak bilinen takma adlı yazar, Summa Perfectionis Magisterii‘de en eski ayrıntılı tariflerden birini sunarak, vitriolün (muhtemelen demir veya bakır sülfat) süblimleşmesini ve kalsinasyonunu, modern analizlerin muhtemelen selenyum kirleticileriyle renklenmiş saf olmayan sülfürik asit olabileceğini öne sürdüğü aşındırıcı bir “kırmızı su” elde etmek için tarif etti.^[139]

Albertus Magnus, 1250 civarındaki Compositum de Compositis adlı çalışmasında, metalleri çözmek ve yeniden birleştirmek için simyasal dönüşüm deneylerinde önerdiği, vitriol muamelesiyle bağlantılı bir işlem olan şapın damıtılması yoluyla elde edilen “güçlü bir suya” atıfta bulundu.^[139] Benzer şekilde, Vincent de Beauvais, 1264’teki ölümünden önce tamamlanan ansiklopedik Speculum Naturale eserinde şap ve vitriollerin damıtılmasına atıfta bulunarak, yaraları tedavi etmek için tıbbi preparatlarda ve tekstillerde renkleri sabitlemek için boyama işlemlerindeki uygulamalarını vurguladı.^[139]

15. yüzyılın sonlarına gelindiğinde, müstear isimli Basilius Valentinus, kendisine atfedilen incelemelerde “vitriol yağı”nın hazırlanmasını detaylandırdı; bu, önce kalın, kan kırmızısı bir sıvı (ferrik oksit kalıntısı ile derişik sülfürik asit olarak tanımlanır) üretmek için yeşil vitriolün (demir sülfat) kontrollü ısıtılmasını ve ardından uçucu spiritus vitrioli‘yi (kükürt trioksit) elde etmek için daha fazla damıtılmasını içeriyordu.^[139] Bu deneyler, maddelerin pratik manipülasyonu için ampirik damıtma tekniklerini ve asitlerin izolasyonunu vurgulayarak, Avrupa’da daha sistematik kimyasal sorgulamaya giden yolu açarak, mistik simya arayışlarından proto-kimyasal uygulamalara doğru kademeli bir kaymaya işaret etti.^[139]

Endüstriyel Üretime Geçiş

Laboratuvar ölçekli hazırlıktan endüstriyel sülfürik asit üretimine geçiş, 18. yüzyılın ortalarında, küçük cam eşya yöntemlerinin sınırlamalarını ele alan yeniliklerle gerçekleşti. 1740’larda İngiliz eczacı Joshua Ward, Twickenham’daki Great Vitriol Works’te ilk ticari girişimi kurdu; burada kükürt ve güherçile (potasyum nitrat) karışımlarını su üzerinde büyük cam şişelerde ısıttı ve asit oluşturmak için ortaya çıkan gazları emdi. Bu kaynatma işlemi, hala emek yoğun ve kap kırılganlığıyla sınırlı olmasına rağmen, erken kimyasal ticaretler için yeterli bir ölçekte sülfürik asit (vitriol yağı olarak bilinir) üretti ve organize imalata geçişi işaret etti.^[144]

Bir atılım, 1746’da John Roebuck’ın, kırılgan camı aşındırıcı gazlara dayanabilen dayanıklı kurşun kaplı ahşap odalarla değiştiren kurşun odalar işlemini icat etmesiyle geldi. Samuel Garbett ile ortaklık kuran Roebuck, İskoçya, Prestonpans yakınlarında, kükürt yanma gazlarının asit damlacıkları oluşturmak için hava ve su buharı ile karıştığı birbirine bağlı odaların bulunduğu dünyanın ilk özel sülfürik asit fabrikasını inşa etti. Bu, yıllık çıktının yaklaşık 10 tona ölçeklenmesini sağladı, maliyetleri önceki yöntemlerden (ton başına yaklaşık 50 £) büyük ölçüde (ton başına 10 £’un altına) düşürdü ve tekstil boyama, metal işleme ve patlayıcılar için tedarik sağladı.^[145]

Süreç, birincil hammadde olarak piritin tanıtılmasıyla daha da gelişti. Demir piritin (FeS₂) fırınlarda kavrulması, pirit Avrupa madenlerinde bol miktarda bulunduğundan, ithal elementel kükürdü yakmaktan daha uygun maliyetli bir şekilde kükürt dioksit (SO₂) gazı üretti. Deptford’daki William Hill gibi üreticiler tarafından İngiltere’de ilk kez 1818 civarında ticarileştirilen bu yöntem, $$ 4\text{FeS}_2 + 11\text{O}_2 \rightarrow 2\text{Fe}_2\text{O}_3 + 8\text{SO}_2 $$ tepkimesi yoluyla SO₂ üretti, hammadde maliyetlerini %50’ye kadar düşürdü ve artan talep karşısında genişlemeyi destekledi.^[146]

Önemli verimlilik kazanımları, 1793’te Nicolas Clément ve Charles-Bernard Desormes’in nitrik asit buharlarının bir katalizör olarak kullanımını göstermesiyle geldi. Yaklaşımları, su varlığında SO₂’nin SO₃’e oksidasyonunu hızlandırmak için (güherçile bozunmasından kaynaklanan) azot oksitlerinin dahil edilmesini içeriyordu: $$ \text{SO}_2 + \text{NO}_2 \rightarrow \text{SO}_3 + \text{NO} $$, ardından hava ile NO rejenerasyonu. Bu sürekli kataliz, güherçile kullanımını %80’den fazla azalttı, oda verimini %80-90’a çıkardı ve daha büyük tesisleri kolaylaştırdı.^[146]

Bu gelişmeler, İngiltere üretiminde patlayıcı bir büyümeyi ateşledi; asit, endüstriyel ağartma, gübre öncüleri ve metalurji için gerekli hale geldikçe, 1770’lerde (çoğunlukla Roebuck tarzı odalardan) yıllık kabaca 3.000 tondan, 1830’lara kadar yaklaşık 100.000 tona yükseldi.^[146]

Modern Süreçler

Modern sülfürik asit üretimi çağı, 1831’de kükürt dioksitin suda emilmeden önce platin bir katalizör üzerinde kükürt trioksite oksitlenmesini öneren İngiliz sirke tüccarı Peregrine Phillips tarafından patenti alınan temas işleminin icadıyla başladı.^[147] Başlangıçta katalizör zehirlenmesiyle ilgili teknik zorluklar nedeniyle göz ardı edilmesine rağmen, süreç 19. yüzyılın sonlarında Alman firması Badische Anilin- und Soda-Fabrik’in (BASF) çabalarıyla ivme kazandı; burada kimyager Rudolf Knietsch 1888’de verimli bir varyant geliştirdi ve BASF’nin daha yüksek derişik asit verimleri için katalitik oksidasyondan yararlanarak dünyanın en büyük üreticisi olmasını sağladı.^[148]

20. yüzyılın başlarındaki ilerlemeler, 1910’larda kırılgan platinin yerini alan vanadyum pentoksit (V₂O₅) katalizörlerinin tanıtılmasıyla kilit sınırlamaları ele aldı; bu, büyük ölçekli operasyonlar için safsızlıklara karşı daha fazla direnç ve daha düşük maliyetler sundu. Eş zamanlı olarak, 1899’da patenti alınan çift absorpsiyon tekniği, kısmi dönüşümden sonra kükürt trioksitin ara absorpsiyonu ve ardından ikinci bir katalitik aşama ile verimliliği artırarak %99’u aşan dönüşüm oranlarına ulaştı.^[149] Bu yenilikler, 1920’lere kadar daha eski olan kurşun odalar işleminin yerini alarak temas işlemini baskın yöntem olarak sağlamlaştırdı.

II. Dünya Savaşı’nın ardından üretim, yeraltı yataklarından yüksek saflıkta kükürt çıkarmak için aşırı ısıtılmış su kullanan Frasch işleminin genişlemesiyle birincil hammadde olarak elementel kükürde kaydı; ABD’de 1974’e kadar yıllık 8 milyon tonun üzerine çıktı.^[150] Bu geçiş, piritlere olan bağımlılığı azalttı ve patlayan gübre talebini destekledi, ancak Frasch madenciliği 1980’lerden sonra petrol rafinasyonu ve gaz işlemeden elde edilen geri kazanılmış kükürdün daha sıkı çevre düzenlemeleri altında baskın hale gelmesiyle azaldı.^[150]

20. yüzyılın sonlarında, 1987’de Haldor Topsoe tarafından ticarileştirilen ıslak sülfürik asit (WSA) işlemi, artık kükürt bileşiklerini ıslak koşullarda oksitleyerek ek asit üretmek, genel geri kazanımı artırmak ve atmosferik salınımları azaltmak suretiyle atık gaz emisyonlarını ele aldı. 2025 yılına gelindiğinde, küresel üretim fosfatlı gübre endüstrisi tarafından beslenen Çin’in çıktının yaklaşık %35’ini oluşturmasıyla yıllık yaklaşık 280 milyon metrik tona ulaştı.^[151] Son sürdürülebilirlik çabaları, sürecin çevresel ayak izini en aza indirmek için enerji tasarruflu katalizörlere ve karbon yakalama entegrasyonuna odaklanmaktadır.^[152]

Güvenlik, Çevresel Etki ve Düzenlemeler

Sağlık ve Kullanım Tehlikeleri

Sülfürik asit insan dokuları için oldukça aşındırıcıdır; öncelikle proteinleri denatüre eden ve deri ile temasında pıhtılaşma nekrozuna neden olan güçlü bir proton verici olarak hareket eder.^[153] Bu mekanizma, yüz veya boynu içeren vakalarda yaygın olan tam kat yaralanma ile ağrı, kızarıklık, kabarma ve potansiyel kalıcı yara izi ile karakterize edilen ciddi kimyasal yanıklara yol açar.^[154] Derişik sülfürik asit (örneğin %98’lik çözeltiler), seyreltmeyi yavaşlatan viskozitesi ve seyreltik formlarda görülen kimyasal etkilerin ötesinde ek termal yanıklar üreten dehidre edici özellikleri nedeniyle hasarı şiddetlendirir.^[153]

Genellikle derişik çözeltilerden kükürt trioksit (SO₃) içeren sülfürik asit sislerinin veya dumanlarının solunması, solunum yollarını tahriş eder ve yüksek maruziyet seviyelerinde akciğer ödemine yol açabilir.^[155] Semptomlar arasında yanma hissi, öksürük, nefes darlığı ve zorlu solunum yer alır; ciddi vakalar akciğer dokusu yıkımına ve yetişkin solunum sıkıntısı sendromuna ilerler.^[156]

Sülfürik asidin yutulması, gastrointestinal kanalda ani ve derin hasara neden olur ve hızlı doku erozyonu ve nekrozu nedeniyle yemek borusu veya mide delinmesiyle sonuçlanır.^[156] Sıçanlar için öldürücü doz ağızdan yaklaşık 2.14 g/kg’dır; bu da küçük hacimlerin bile genellikle metabolik asidoz veya perforasyonla ilgili komplikasyonlardan dolayı ölümcül olabildiği insanlarda yüksek toksisiteyi gösterir.^[1]

Güvenli kullanım, deri ve göz temasını önlemek için kimyasallara dayanıklı eldivenler (nitril veya neopren gibi) ve sıçramaya dayanıklı gözlükler dahil olmak üzere kişisel koruyucu donanım (KKD) gerektirir.^[157] Depolama, cam veya yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) gibi korozyona dayanıklı kaplarda yapılmalı, asitle şiddetli tepkimeye giren alüminyum gibi metallerden kaçınılmalıdır.^[158]

Maruziyet durumunda, ilk yardım, asidi seyreltmek ve uzaklaştırmak için etkilenen derinin veya gözlerin en az 15 dakika boyunca bol miktarda su ile yıkanmasını, ardından artık etkiler için gerekirse sodyum bikarbonat (NaHCO₃) kullanılarak nötralizasyonu içerir.^[159] Derişik sülfürik asidin seyreltilmesi oldukça ekzotermik olduğundan, yaklaşık 75 kJ/mol ısı açığa çıkardığından ve dikkatli bir şekilde yönetilmezse daha fazla termal yaralanma riski taşıdığından derhal tıbbi yardım alın.^[1]

Endüstriyel Riskler

Endüstriyel ortamlarda, sülfürik asidin depolanması, tanklardan sızıntılara ve ardından zemin kirlenmesine yol açabilen aşındırıcı doğası nedeniyle önemli riskler oluşturur. Sülfürik asit depolama tankları, asit standart malzemeleri hızla bozarak tehlikeli salınımlara neden olabileceğinden, yapısal arızayı önlemek için astarlı karbon çeliği veya özel plastikler gibi korozyona dayanıklı malzemelerden yapılmalıdır. Örneğin, Batı Avustralya’daki 2014 tarihli bir olayda, bir tank nozulu flanşından beton bir muhafaza havuzuna yaklaşık 250 litre sülfürik asit sızması, ikincil muhafaza sistemleri başarısız olursa küçük korozyonun bile çevresel kirliliğe nasıl dönüşebileceğini göstermiştir.^[160] Benzer şekilde, demiryolu ile taşıma tarihsel olarak büyük dökülmelere yol açmıştır; bu da vagon kazalarının tehlikelerini ve geçiş sırasında sağlam muhafaza ihtiyacını vurgulamaktadır.^[161]

Endüstriyel seyreltme işlemleri sırasında kritik bir tehlike, derişik sülfürik asidin suyla karıştırılması sırasındaki oldukça ekzotermik tepkimedir; bu, yanlış yapıldığında şiddetli kaynamaya, sıçramaya ve potansiyel ekipman yırtılmasına neden olabilir. Tepkime önemli miktarda ısı açığa çıkarır ve asidi suya değil de suyu aside eklemek hızlı buharlaşmaya ve taşmaya yol açarak büyük ölçekli operasyonlarda riskleri artırabilir. Endüstri yönergeleri, yanlış seyreltmenin üretim tesislerinde yanıklara ve dökülmelere neden olması nedeniyle, ısının dağıtılması için sürekli karıştırılarak asidin suya kontrollü koşullar altında eklenmesini vurgular. Bu ilke, pil üretimi veya seyreltmenin rutin olduğu kimyasal sentez gibi süreçlerde termal kaçağı önlemek için gereklidir.^[162]^[163]

Genellikle sülfürik asit üretimi veya taşınmasında bulunan kükürt trioksit (SO₃) buharları, atmosferik nemle temas ettiğinde yoğun asit sisleri oluşturarak ekipman ve altyapıda ciddi korozyona yol açar. Bu sisler çatlaklara ve bağlantı yerlerine nüfuz ederek boru hatlarında, absorplayıcılarda ve depolama sistemlerinde malzeme bozulmasını hızlandırabilir; bu da tesis bütünlüğünü tehlikeye atar ve sızıntı olasılığını artırır. Örneğin baca gazı kükürt giderme ünitelerinde, kontrolsüz SO₃ emisyonları, yalnızca akış yönündeki ekipmanı aşındırmakla kalmayıp aynı zamanda operasyonel güvenliği sürdürmek için özel sis gidericiler gerektiren asit sisi oluşumuna katkıda bulunur.^[164]^[165]

Sülfürik asit yanıcı olmamasına rağmen, metallerle şiddetli bir şekilde tepkimeye girerek yanıcı ve patlayıcı olan hidrojen gazı ürettiği için endüstriyel yangınlarda benzersiz yangınla mücadele zorlukları sunar. Yangın söndürme çabaları, asidi yayabilecek veya seyreltmeden ısı üretebilecek doğrudan akışlardan kaçınmalıdır; bunun yerine, çevredeki alanları soğutmak ve dökülmeleri güvenli bir mesafeden seyreltmek için su spreyi veya sis önerilir, muhafaza için kum gibi yanıcı olmayan emiciler kullanılır. Kimyasal tesislerdeki gibi yangınların yakınında asit salınımını içeren olaylarda, müdahale ekipleri alevlenmeyi şiddetlendirebilecek ikincil tepkimeleri önlemek için asidi izole etmeye öncelik verir.^[155]^[166]^[167]

ABD Mesleki Güvenlik ve Sağlık İdaresi’nden (OSHA) 2024 itibarıyla alınan veriler, güvenlikteki gelişmelere rağmen üretim ve nakliyedeki kalıcı riskleri yansıtan, 12 Temmuz 2024’teki ölümcül bir kimyasal maruziyet ve kazara dökülmelerden kaynaklanan çok sayıda yanık vakası da dahil olmak üzere birkaç büyük sülfürik asit salınım olayını göstermektedir. Bu olaylar, önemli salınımları içeren bildirilen ABD vakalarının bir parçasıdır.^[168]

Çevresel Etkiler

Sülfürik asit, endüstriyel kaynaklardan gelen kükürt dioksit (SO₂) emisyonlarının atmosferik oksidasyonu yoluyla asit yağmuruna önemli ölçüde katkıda bulunur ve topraklarda ve sularda toksik alüminyum iyonlarını (Al³⁺) harekete geçiren 4.2 kadar düşük pH’lı yağış olarak biriken sülfürik asit aerosolleri oluşturur.^[169] Bu alüminyum toksisitesi balıklarda solungaç işlevini bozarak popülasyon düşüşlerine ve ekosistem hasarına yol açar; bu durum 1980’lerde asit yağmurunun İskandinav göllerinde ve nehirlerinde yaygın balık ölümlerine neden olduğu zaman gözlemlenmiştir.^[170]^[171]

Sülfürik asit üretimi sırasında, atık gazlardan kaynaklanan SO₂ emisyonları, proses verimliliğine bağlı olarak üretilen asit metrik tonu başına tipik olarak 0.5 ila birkaç kilogram arasında değişir ve bu emisyonlar kentsel alanlarda fotokimyasal duman oluşumuna katkıda bulunur.^[172]^[173]

Madencilik atıklarındaki sülfür minerallerinin oksidasyonu ile üretilen asit maden drenajı (AMD), alıcı su pH’ını 3’ün altına düşüren, ozmoregülasyonu bozarak ve metal biyoyararlanımını artırarak ortamı çoğu sucul organizma için ölümcül hale getiren sülfürik asit üretir.^[75] Küresel olarak, AMD 20.000 kilometreden fazla nehir ve akarsuyu etkileyerek, etkilenen su havzalarında ciddi biyoçeşitlilik kaybına yol açar.^[174]^[175]

Sülfürik asit birikimi ayrıca toprak asitleşmesini de tetikler; bu, mikrobiyal topluluk yapısını değiştirerek ve hassas olanlara karşı aside toleranslı türleri destekleyerek mikrobiyal çeşitliliği ve bitki biyoçeşitliliğini azaltır.^[176] Bu süreç, kalsiyum, magnezyum ve potasyum gibi temel besinlerin toprak profilinden süzülmesini artırarak bitki büyümesini ve ekosistem verimliliğini daha da sınırlar.^[177]^[178]

Sülfürik asit tesislerinde SO₂ emisyonları için azaltma stratejileri arasında, SO₂’yi alkali çözeltilere emerek %95’e kadar giderme verimliliği elde edebilen ve atmosferik salınımları önemli ölçüde azaltan ıslak temizleyiciler bulunur.^[179] AMD bağlamlarında, ıslah çabaları, sülfürik asidi geri kazanmak için elektrodiyaliz ve membran ayırma gibi teknikler kullanır, asit içeriğinin yaklaşık %20’sini endüstriyel süreçlerde yeniden kullanmak üzere geri dönüştürürken geri kalanı nötralize eder.^[180] Ek olarak, emisyonlardan kaynaklanan sülfürik asit aerosolleri, güneş ışığını yansıtarak küçük bir küresel soğutma etkisine katkıda bulunabilir, ancak bu daha geniş ekolojik zararların gölgesinde kalır.^[181]

Yasal ve Düzenleyici Çerçeveler

Sülfürik asit üretimi, kullanımı ve bertarafı, hava kirliliğini azaltmayı ve güvenli kullanımı sağlamayı amaçlayan katı uluslararası ve ulusal düzenlemelere tabidir. Birleşmiş Milletler Kimyasalların Sınıflandırılması ve Etiketlenmesi Konusunda Küresel Uyumlaştırılmış Sistem (GHS) kapsamında sülfürik asit, metaller için aşındırıcı olduğunu ve ciddi deri yanıklarına ve göz hasarına neden olduğunu belirten Tehlike Sınıfı 8 maddesi olarak sınıflandırılır. Taşıma için UN 1830 olarak belirlenmiştir; karayolu, demiryolu, deniz veya hava yoluyla nakliye sırasında kazaları önlemek için özel paketleme, etiketleme ve belgeleme gerektirir.^[182]

Amerika Birleşik Devletleri’nde, Temiz Hava Yasası, halk sağlığını sülfürik asit emisyonlarıyla bağlantılı solunum etkilerinden korumak için, üç yıl boyunca ortalaması alınan günlük maksimum 1 saatlik ortalama konsantrasyonun 99. yüzdelik dilimine dayalı olarak kükürt dioksit (SO₂) için 75 milyarda bir parça (ppb) birincil Ulusal Ortam Hava Kalitesi Standardı (NAAQS) belirler. Yeni sülfürik asit tesisleri için, 40 CFR Kısım 60, Alt Kısım H kapsamındaki Yeni Kaynak Performans Standartları (NSPS), SO₂ emisyonlarını üretilen %100 sülfürik asit metrik tonu başına en fazla 2 kilogram (ton başına 4 pound’a eşdeğer) ile sınırlar ve sülfürik asit sisi üzerinde metrik ton başına 0.075 kilogram (ton başına 0.15 pound) kısıtlamalar getirir.

Avrupa Birliği, Kimyasalların Kaydı, Değerlendirilmesi, İzni ve Kısıtlanması (REACH) çerçevesi aracılığıyla sülfürik asidi düzenler; yılda 1 tondan fazla işlem yapan herhangi bir üretici veya ithalatçı için, tehlikeler ve maruziyet hakkında ayrıntılı güvenlik verileri de dahil olmak üzere Avrupa Kimyasallar Ajansı’na (ECHA) kayıt gerektirir. Endüstriyel Emisyonlar Direktifi (2010/75/EU), sülfürik asit üretim tesislerinden kaynaklanan SO₂ için emisyon sınır değerleri getirir; günde 50 tonun üzerinde kapasiteye sahip mevcut tesisler için salınımları normal metreküp başına 400 miligram (mg/Nm³) ile sınırlar ve atmosferik kirliliği ele almak için yeni kurulumlar için daha katı sınırlar getirir. Ek olarak, patlayıcı öncüleri hakkındaki (AB) 2019/1148 Yönetmeliği uyarınca, ağırlıkça %15’i aşan sülfürik asit derişimlerinin profesyonel olmayanlara satışı lisanssız yasaktır ve kötüye kullanımı önlemek için çeşitli üye devletlerde %40’ın üzerindeki derişimlerin tüketici kullanımı tamamen yasaklanmıştır.

Çin’de, sülfürik asit endüstrisi için ulusal emisyon standardı GB 26134-2010, yeni tesislerden kaynaklanan SO₂ deşarjlarını 200 mg/Nm³’ün altında sınırlar ve 14. Beş Yıllık Plan (2021-2025) aracılığıyla güçlendirilen uyum son tarihleri, asit yağmuruna genel endüstriyel katkıları azaltmak için 2025 yılına kadar mevcut tesisler için gelişmiş kontrol teknolojilerini zorunlu kılar. Kasım 2025 itibarıyla, bu teknolojilerin uygulanması planın tamamlanması kapsamında ilerlemeye devam etmektedir. Tüketici kısıtlamaları çeşitlilik gösterir; Norveç ve AB’nin bazı bölgeleri gibi ülkelerde, potansiyel zararı engellemek için lavabo açıcılar gibi ürünlerde %10 derişimi aşan sülfürik asidin profesyonel olmayan satışına yasaklar uygulanmıştır. İhracat kontrolleri, Çin ve ABD gibi yargı bölgelerinde yüksek derişimli sülfürik asidi çift kullanımlı bir ürün olarak ele alır ve potansiyel kimyasal silah üretimi için gönderildiğinde Avustralya Grubu veya Wassenaar Düzenlemesi gibi çerçeveler kapsamında lisans gerektirir, ancak rutin endüstriyel ihracatlar daha az engelle karşılaşır.^[183]