حمض الكبريتيك

على الرغم من إمكانية تحضير محاليل حمض الكبريتيك بتركيز يقارب 100%، إلا أن فقدان ثاني أكسيد الكبريت (SO₃ ₎ عند نقطة الغليان يُخفض التركيز إلى 98.3%. يُعدّ حمض الكبريتيك المركز (98.3%)، الأكثر استقرارًا أثناء التخزين، الشكل المعتاد لهذا النوع من الحمض. تُستخدم تراكيز أخرى لأغراض مختلفة، ومنها: ^{[ 13 ] [ 14 ]}

كان "حمض الحجرة" و"حمض البرج" هما تركيزان لحمض الكبريتيك الناتجين عن عملية حجرة الرصاص ، حيث يُمثل "حمض الحجرة" الحمض المُنتج في حجرة الرصاص نفسها (بتركيز أقل من 70% لتجنب التلوث بحمض النيتروزيل سلفوريك )، بينما يُمثل "حمض البرج" الحمض المُستخلص من قاع برج غلوفر. ^{[ 13 ] [ 14 ]} وقد أصبح هذان التركيزان غير مستخدمين تجاريًا، على الرغم من إمكانية تحضيرهما في المختبر من حمض الكبريتيك المركز عند الحاجة. فعلى وجه الخصوص، يُحضر حمض الكبريتيك "10 مولار" (المكافئ الحديث لحمض الحجرة، والمستخدم في العديد من عمليات المعايرة ) بإضافة حمض الكبريتيك بتركيز 98% ببطء إلى حجم مماثل من الماء مع التحريك الجيد؛ ويمكن أن ترتفع درجة حرارة الخليط إلى 80  درجة مئوية (176  درجة فهرنهايت) أو أعلى. ^{[ 14 ]}

لا يحتوي حمض الكبريتيك على جزيئات H2SO4 فحسب _{، بل} هو في الواقع عبارة عن توازن للعديد من الأنواع الكيميائية الأخرى، كما هو موضح في الجدول أدناه.

حمض الكبريتيك سائل زيتي عديم اللون، وله ضغط بخار أقل من 0.001 ملم زئبق عند 25  درجة مئوية و1 ملم زئبق عند 145.8  درجة مئوية، ^{[ 16 ]} وحمض الكبريتيك بنسبة 98% له ضغط بخار أقل من 1 ملم زئبق عند 40  درجة مئوية. ^{[ 17 ]}

في الحالة الصلبة، يُعد حمض الكبريتيك مادة صلبة جزيئية تُشكّل بلورات أحادية الميل ذات معلمات شبكية شبه ثلاثية. يتكون التركيب من طبقات موازية للمستوى (010)، حيث يرتبط كل جزيء _بروابط هيدروجينية مع جزيئين آخرين. ^{[ 3 ]} تُعرف هيدرات H₂SO₄ _· nH₂O عندما تكون n = 1، 2، 3 ، 4، ^6.5 ، و8، على الرغم من أن معظم الهيدرات الوسيطة مستقرة ضد تفاعل عدم التناسب . ^{[ 18} _]

حمض _{الكبريتيك} اللامائي هو سائل _قطبي للغاية ، وله ثابت عزل كهربائي ^يبلغ حوالي 100. وله موصلية كهربائية عالية ، نتيجة للتحلل الذاتي ، أي البروتنة الذاتية : ^{[ 15} ]

2 H ₂ SO ₄ ⇌ H ₃ SO + 4 + HSO − 4

ثابت التوازن للتحلل الذاتي (25  درجة مئوية) هو: ^{[ 15 ]}

[ H₃SO₄ _] ⁺ [ HSO₄ ] ^⁻ ₌ 2.7 × ^10⁻⁴_​​

ثابت التوازن المقابل للماء ، K _w هو 10 ⁻¹⁴ ، وهو أصغر بعامل 10 ¹⁰ (10 مليار).

على الرغم من لزوجة الحمض، فإن الموصلية الفعالة _{لأيونات} H₃SO₄⁺ و HSO₄⁻ عالية بسبب آلية تبديل البروتونات داخل الجزيء (المشابهة لآلية غروثوس في الماء ) ، مما يجعل حمض الكبريتيك موصلاً جيداً للكهرباء. كما أنه مذيب ممتاز للعديد من التفاعلات .

إن تفاعل الإماهة لحمض الكبريتيك هو تفاعل طارد للحرارة بشدة . ^{[ 19 ]}

كما يتضح من ثابت تفكك الحمض ، فإن حمض الكبريتيك هو حمض قوي:

H ₂ SO ₄ + H ₂ O → H ₃ O ⁺ + H SO − 4 , K _a1 >> 1

ينتج عن هذا التأين أيون البيسلفات HSO⁻⁴⁻ . البيسلفات حمض أضعف بكثير.

HSO − 4 + H ₂ O → H ₃ O ⁺ + SO 2− 4 , Ka2 ₌ 0.01 (pK _a2 = 2) ^{[ 20 ]}

ناتج هذا التفكك الثاني هو SO 2− 4 ، وهو أنيون الكبريتات .

يتمتع حمض الكبريتيك المركز بخاصية تجفيف قوية ، _حيث يزيل الماء ( H₂O ) من مركبات كيميائية أخرى مثل سكر المائدة ( السكروز ) والكربوهيدرات الأخرى ، لإنتاج الكربون والبخار والحرارة. يُعد تجفيف سكر المائدة (السكروز) تجربة مخبرية شائعة. ^{[ 21 ]} يتغير لون السكر إلى الداكن مع تكوّن الكربون، وقد يظهر عمود صلب من الكربون الأسود المسامي يُسمى " ثعبان الكربون" . ^{[ 22 ]}

${\displaystyle {\underset {\text{sucrose}}{{\ce {C12H22O11}}}}\longrightarrow {\underset {{\text{black}} \atop {\text{graphitic foam}}}{{\ce {12 C}}}}+{\ce {11 H2O_{(g,l)}}}}$

وبالمثل، ينتج عن خلط النشا مع حمض الكبريتيك المركز الكربون والماء. ويمكن ملاحظة تأثير ذلك أيضًا عند سكب حمض الكبريتيك المركز على الورق. يتكون الورق من السليلوز ، وهو عديد سكاريد مرتبط بالنشا. يتفاعل السليلوز ليعطي مظهرًا محترقًا، حيث يبدو الكربون أشبه بالسخام الناتج عن النار. وعلى الرغم من أن تأثير الحمض على القطن أقل وضوحًا، إلا أنه، حتى في صورته المخففة، يُتلف النسيج.

${\displaystyle {\underset {\text{عديد السكاريد}} {{\ce {[C6H10O5]}}_{n}}}\longrightarrow 6n\ {\ce {C}}+5n\ {\ce {H2O}}}$

يمكن أن يُظهر التفاعل مع كبريتات النحاس الثنائي خاصية نزع الماء لحمض الكبريتيك. تتحول البلورات الزرقاء إلى مسحوق أبيض عند إزالة الماء.

${\displaystyle {\underset {{\text{copper(II) sulfate}} \atop {\text{pentahydrate}}}{{\ce {CuSO4*5H2O}}}}\longrightarrow {\underset {{\text{anhydrous}} \atop {\text{copper(II) sulfate}}}{{\ce {CuSO4}}}}+{\ce {5 H2O}}}$

يتفاعل حمض الكبريتيك مع معظم القواعد ليعطي الكبريتات أو البيسلفات المقابلة.

كبريتات الألومنيوم ، والمعروفة أيضاً باسم شب صناعة الورق، تُصنع عن طريق معالجة البوكسيت بحمض الكبريتيك:

2 AlO(OH) + ₃ H₂SO₄ _→ Al₂ ( _{SO₄ )} ₃ + _{4 H₂O}

يمكن أيضاً استخدام حمض الكبريتيك لإزاحة الأحماض الأضعف من أملاحها. فعلى سبيل المثال، يؤدي التفاعل مع أسيتات الصوديوم إلى إزاحة _حمض الأسيتيك ، CH3COOH ، وتكوين بيكبريتات الصوديوم .

H2SO4 + _CH3CO2Na → _{NaHSO4 + CH3COOH​}​​​_​​

وبالمثل، ينتج عن معالجة نترات البوتاسيوم بحمض الكبريتيك حمض النيتريك . ويتفاعل حمض الكبريتيك مع كلوريد الصوديوم ، فينتج عنه غاز كلوريد الهيدروجين وبيكبريتات الصوديوم .

_NaCl + _H₂SO₄ → NaHSO₄ ₊ HCl

عند مزجه مع حمض النيتريك ، يعمل حمض الكبريتيك كحمض وعامل مجفف في آنٍ واحد، مُكَوِّنًا أيون النيترونيوم NO₂⁺ ، وهو أيون مهم في تفاعلات النترجة التي تتضمن استبدالًا عطريًا إلكتروفيليًا . هذا النوع من التفاعلات، حيث يحدث بروتنة على ذرة أكسجين ، مهم في العديد من تفاعلات الكيمياء العضوية ، مثل أسترة فيشر وتجفيف الكحولات.

عند تفاعل حمض الكبريتيك مع الأحماض الفائقة ، _فإنه يعمل كقاعدة ويمكن بروتنته، مكونًا _أيون [ H₃SO₄ ] ^⁺ _. وقد تم تحضير أملاح [ _H₃SO₄ ] ^⁺ (مثل سداسي _فلورو ^{أنتيمونات} _ثلاثي هيدروكسي أوكسوسلفونيوم (V) [ H₃SO₄ ] ^⁺ [ SbF₆ ] ⁻ ₎ باستخدام التفاعل التالي في حمض الهيدروفلوريك السائل :

[ ( _CH₃ ) _₃SiO ] _₂SO₂ + 3 _HF + _SbF₅ → [ H₃SO₄ _] ⁺ [ SbF₆ ] ^⁻ ₊ 2 ( _{CH₃ )} ₃SiF₆_​​

يُفضَّل التفاعل المذكور أعلاه من الناحية الديناميكية الحرارية نظرًا لارتفاع طاقة الرابطة Si–F في الناتج الجانبي. مع ذلك، فشلت عملية البروتنة باستخدام حمض الفلوروأنتيمونيك فقط، حيث يتأين حمض الكبريتيك النقي ذاتيًا ليعطي أيونات [ H3O _] ⁺ .

2H₂SO₄ ⇌ _H₃O⁺ ⁺ HS₂O⁻ _7​​_​​​​​

مما يمنع تحويل H ₂ SO ₄ إلى [ H ₃ SO ₄ ] ⁺ بواسطة نظام HF/ SbF _5. ^{[ 23 ]}

يتفاعل حمض الكبريتيك المخفف مع العديد من المعادن عبر تفاعل إحلال أحادي، مثل الأحماض الأخرى ، منتجًا غاز الهيدروجين وأملاحًا ( كبريتات المعدن ) . ويهاجم المعادن النشطة (المعادن التي تقع فوق النحاس في سلسلة النشاط الكيميائي ) مثل الحديد والألومنيوم والزنك والمنغنيز والمغنيسيوم والنيكل .

_Fe + _H₂SO₄ → _H₂ + _FeSO₄​

يمكن أن يعمل حمض الكبريتيك المركز كعامل مؤكسد ، مما يؤدي إلى إطلاق ثاني أكسيد الكبريت: ^{[ 8 ]}

Cu + 2 H ₂ SO ₄ → SO ₂ + 2 H ₂ O + SO 2− 4 + Cu ²⁺

ومع ذلك، فإن الرصاص والتنغستن مقاومان لحمض الكبريتيك.

يؤدي حمض الكبريتيك المركز الساخن إلى أكسدة الكربون ^{[ 24 ]} (مثل الفحم البيتوميني ) والكبريت :

C + 2 H ₂ SO ₄ → CO ₂ + 2 SO ₂ + 2 H ₂ O

S + 2 _{H₂SO₄ →} 3 _SO₂ + ₂ H₂O

يخضع البنزين والعديد من مشتقاته لاستبدال عطري محب للإلكترونات مع حمض الكبريتيك لإعطاء الأحماض السلفونية المقابلة : ^{[ 25 ]}

يمكن استخدام حمض الكبريتيك لإنتاج الهيدروجين من الماء :

2 I₂ + 2 SO₂ + 4 H₂O → 4 HI + 2 H₂SO₄		(120  درجة مئوية، تفاعل بنسن )
2 H₂SO₄ → 2 SO₂ + 2 H₂O + O₂​​​		(830  درجة مئوية)
4 HI → 2 I 2 + 2 H 2		(320  درجة مئوية)

تُستخلص مركبات الكبريت واليود ويُعاد استخدامها، ولذا تُسمى هذه العملية بدورة الكبريت واليود . هذه العملية ماصة للحرارة ، ويجب أن تحدث عند درجات حرارة عالية، لذا يلزم توفير الطاقة على شكل حرارة. وقد اقتُرحت دورة الكبريت واليود كوسيلة لتوفير الهيدروجين لاقتصاد قائم على الهيدروجين . وهي بديل للتحليل الكهربائي ، ولا تتطلب هيدروكربونات مثل طرق إعادة تشكيل البخار الحالية . ولكن تجدر الإشارة إلى أن جميع الطاقة المتاحة في الهيدروجين المُنتَج بهذه الطريقة تُستمد من الحرارة المستخدمة في إنتاجه. ^{[ 26 ] [ 27 ]}

في طبقة الستراتوسفير ، وهي الطبقة الثانية من الغلاف الجوي والتي تقع عمومًا بين 10 و 50  كم فوق سطح الأرض، يتكون حمض الكبريتيك عن طريق أكسدة ثاني أكسيد الكبريت البركاني بواسطة جذر الهيدروكسيل : ^{[ 29 ]}

SO ₂ + HO ^• → HSO ₃

HSO₃ + _O₂ → _SO₃ + _HO₂​

SO ₃ + H ₂ O → H ₂ SO ₄

نظراً لأن حمض الكبريتيك يصل إلى حالة التشبع الفائق في طبقة الستراتوسفير، فإنه قادر على تكوين نوى جزيئات الهباء الجوي وتوفير سطح لنمو الهباء الجوي من خلال التكثيف والتخثر مع جزيئات الهباء الجوي الأخرى المكونة من الماء وحمض الكبريتيك. وينتج عن ذلك طبقة الهباء الجوي الستراتوسفيرية. ^{[ 29 ]}

تتكون السحب الدائمة على كوكب الزهرة من حمض الكبريتيك المركز، وتُنتج أمطارًا حمضية كبريتية مركزة، تمامًا كما تتكون السحب في الغلاف الجوي للأرض من الماء وتُنتج أمطارًا مائية. ^{[ 30 ]} وقد تم رصد جليد حمض الكبريتيك على قمر أوروبا التابع لكوكب المشتري ، حيث يتشكل عندما تنغرس أيونات الكبريت من الغلاف المغناطيسي للمشتري في السطح الجليدي. ^{[ 31 ]}

في الخطوة الأولى، يتم حرق الكبريت لإنتاج ثاني أكسيد الكبريت.

S(s) + O ₂ → SO ₂

يتأكسد ثاني أكسيد الكبريت إلى ثالث أكسيد الكبريت بواسطة الأكسجين بوجود عامل حفاز من أكسيد الفاناديوم (V) . هذا التفاعل قابل للانعكاس، وتكوين ثالث أكسيد الكبريت طارد للحرارة.

2 SO ₂ + O ₂ ⇌ 2 SO ₃

يُمتص ثالث أكسيد الكبريت في حمض _{الكبريتيك المركز} ( 97-98 _{% )} لتكوين الأوليم (H₂S₂O₇ ) ، المعروف أيضاً باسم حمض الكبريتيك _{المدخن أو حمض} البيروكبريريك . ثم يُخفف الأوليم بالماء لتكوين حمض كبريتيك مركز.

H₂SO₄ + _SO₃ → _{H₂S₂O₇​}​_​​_​​_​

H₂S₂O₇ + _H₂O → _{2H₂SO₄​}​_​​_​​_​

_{نادراً ما يتم تطبيق عملية} إذابة SO3 مباشرة في الماء، والتي تسمى " عملية حمض الكبريتيك الرطبة "، لأن التفاعل طارد للحرارة للغاية، مما ينتج عنه رذاذ ساخن من حمض الكبريتيك يتطلب التكثيف والفصل.

في الخطوة الأولى، يتم حرق الكبريت لإنتاج ثاني أكسيد الكبريت:

S + O ₂ → SO ₂ (−297  kJ/mol)

أو بدلاً من ذلك، يتم حرق غاز كبريتيد الهيدروجين ( H2S ) إلى غاز ثاني أكسيد الكبريت ( SO2 _{) :}

2 H ₂ S + 3 O ₂ → 2 H ₂ O + 2 SO ₂ (−1036  kJ/mol)

ثم يتأكسد ثاني أكسيد الكبريت إلى ثالث أكسيد الكبريت باستخدام الأكسجين مع أكسيد الفاناديوم (V) كمحفز .

2 SO ₂ + O ₂ ⇌ 2 SO ₃ (−198  kJ/mol) (التفاعل قابل للانعكاس)

_يتم ترطيب ثالث أكسيد الكبريت ليتحول إلى حمض _{الكبريتيك} H2SO4 :

SO ₃ + H ₂ O → H ₂ SO ₄ (g) (−101  kJ/mol)

الخطوة الأخيرة هي تكثيف حمض الكبريتيك إلى سائل H ₂ SO ₄ بنسبة 97-98٪ :

H ₂ SO ₄ (g) → H ₂ SO ₄ (l) (−69  kJ/mol)

استُخدم حرق الكبريت مع نترات البوتاسيوم ( KNO₃ ₎ في وجود البخار تاريخياً. وعندما تتحلل نترات البوتاسيوم، فإنها تؤكسد الكبريت إلى SO₃ _، الذي يتحد مع الماء لإنتاج حمض الكبريتيك.

قبل عام 1900، كان يتم تصنيع معظم حمض الكبريتيك عن طريق عملية غرفة الرصاص . ^{[ 32 ]} وحتى عام 1940، كان ما يصل إلى 50٪ من حمض الكبريتيك المصنّع في الولايات المتحدة يتم إنتاجه بواسطة مصانع عملية الغرفة.

تُعرف العديد من طرق التخليق المختبري، والتي تبدأ عادةً بثاني أكسيد الكبريت أو ملح مكافئ . في طريقة ميتابيسلفيت، يتفاعل حمض الهيدروكلوريك مع ميتابيسلفيت لإنتاج أبخرة ثاني أكسيد الكبريت . يُمرر الغاز عبر حمض النيتريك ، مما يؤدي إلى إطلاق أبخرة بنية/حمراء من ثاني أكسيد النيتروجين مع تقدم التفاعل. يُشار إلى اكتمال التفاعل بتوقف انبعاث الأبخرة. تتميز هذه الطريقة بأنها لا تُنتج ضبابًا كثيفًا يصعب فصله.

3 SO₂ ₊ 2 HNO₃ + 2 H₂O _{→ 3} H₂SO₄ _{+ 2} NO

أو بدلاً من ذلك، يمكن إذابة ثاني أكسيد الكبريت في محلول مائي لملح معدني مؤكسد مثل كلوريد النحاس (II) أو كلوريد الحديد (III):

₂ FeCl₃ + 2 H₂O ₊ SO₂ _→ 2 FeCl₂ ₊ H₂SO₄ _{+ 2} HCl

₂ CuCl₂ + 2 H₂O ₊ SO₂ _→ 2 CuCl + H₂SO₄ _{+ 2} HCl

هناك طريقتان معمليتان أقل شهرة لإنتاج حمض الكبريتيك، وإن كانتا في صورة مخففة وتتطلبان جهدًا إضافيًا في التنقية، تعتمدان على التحليل الكهربائي . يمكن تحليل محلول كبريتات النحاس الثنائي كهربائيًا باستخدام مهبط نحاسي ومصعد من البلاتين/الجرافيت، مما ينتج عنه نحاس إسفنجي عند المهبط وغاز أكسجين عند المصعد. يشير تحول لون محلول حمض الكبريتيك المخفف من الأزرق إلى الشفاف إلى اكتمال التفاعل (ويُعدّ إنتاج الهيدروجين عند المهبط علامة أخرى على ذلك).

2 CuSO ₄ + 2 H ₂ O → 2 Cu + 2 H ₂ SO ₄ + O ₂

تُعدّ طريقة الكهروبرومين أكثر تكلفةً وخطورةً وتعقيدًا، إذ تستخدم مزيجًا من الكبريت والماء وحمض الهيدروبروميك كمحلول إلكتروليتي. يُدفع الكبريت إلى قاع الوعاء تحت المحلول الحمضي. ثم يُستخدم قطب نحاسي سالب وقطب بلاتيني/جرافيتي موجب، مع وضع القطب السالب بالقرب من السطح والقطب الموجب في قاع المحلول الإلكتروليتي لتطبيق التيار. قد تستغرق هذه العملية وقتًا أطول وتُنتج أبخرة سامة من البروم /بروميد الكبريت، لكن الحمض المتفاعل قابل لإعادة التدوير. في المجمل، يتحول الكبريت والماء فقط إلى حمض الكبريتيك والهيدروجين (مع إغفال فقدان الحمض على شكل أبخرة).

2 HBr → H ₂ + Br ₂ (التحليل الكهربائي لبروميد الهيدروجين المائي)

Br ₂ + Br ⁻ ⇌ Br − 3 ( إنتاج ثلاثي البروميد الأولي ، ينعكس في النهاية مع استنفاد Br ⁻ )

2 S + Br ₂ → S ₂ Br ₂ (يتفاعل البروم مع الكبريت لتكوين ثنائي بروميد ثنائي الكبريت )

S ₂ Br ₂ + 8 H ₂ O + 5 Br ₂ → 2 H ₂ SO ₄ + 12 HBr (أكسدة وترطيب ثنائي بروميد الكبريت)

يُستخدم حمض الكبريتيك بشكل رئيسي في "الطريقة الرطبة" لإنتاج حمض الفوسفوريك ، المستخدم في صناعة الأسمدة الفوسفاتية . في هذه الطريقة، تُستخدم صخور الفوسفات، ويتم معالجة أكثر من 100 مليون طن منها سنويًا. تظهر هذه المادة الخام أدناه على شكل فلوراباتيت ، مع العلم أن تركيبها الدقيق قد يختلف. تُعالج هذه المادة بحمض الكبريتيك بتركيز 93% لإنتاج كبريتات الكالسيوم ، وفلوريد الهيدروجين (HF)، وحمض الفوسفوريك . يُزال فلوريد الهيدروجين على شكل حمض الهيدروفلوريك . يمكن تمثيل العملية الإجمالية كما يلي:

${\displaystyle {\underset {\text{فلوراباتيت}}{{\ce {Ca5(PO4)3F}}}}+{\ce {5 H2SO4 + 10 H2O}}\longrightarrow {\underset {{\text{كبريتات الكالسيوم}} \atop {\text{ثنائي الهيدرات}}}{{\ce {5 CaSO4*2H2O}}}}+{\ce {HF + 3 H3PO4}}}$

يُعدّ كبريتات الأمونيوم سمادًا نيتروجينيًا هامًا، ويُنتج عادةً كمنتج ثانوي من مصانع فحم الكوك التي تُزوّد ​​مصانع الحديد والصلب. يُتيح تفاعل الأمونيا الناتجة عن التحلل الحراري للفحم مع حمض الكبريتيك المُستعمل بلورة الأمونيا على شكل ملح (غالبًا ما يكون لونه بنيًا بسبب تلوثه بالحديد) وبيعه لصناعة الكيماويات الزراعية.

يُعد حمض الكبريتيك مهماً أيضاً في صناعة محاليل الأصباغ .

يُستخدم حمض الكبريتيك في صناعة الصلب وغيرها من الصناعات المعدنية كعامل تخليل لإزالة الصدأ والترسبات . ^{[ 38 ]} غالبًا ما يُعاد تدوير الحمض المُستخدَم باستخدام محطات إعادة تدوير الأحماض المُستخدَمة. تقوم هذه المحطات بحرق الحمض المُستخدَم مع الغاز الطبيعي، أو غاز التكرير، أو زيت الوقود، أو مصادر وقود أخرى. تُنتج عملية الاحتراق هذه غاز ثاني أكسيد الكبريت ( SO₂ ₎ وثالث أكسيد الكبريت ( SO₃ ) _، واللذان يُستخدمان بعد ذلك في تصنيع حمض كبريتيك جديد.

يمكن إضافة بيروكسيد الهيدروجين ( H₂O₂ ) إلى حمض الكبريتيك لإنتاج محلول البيرانا ، وهو محلول تنظيف قوي ولكنه قد يكون خطيرًا _{، ويُستخدم لتنظيف أسطح الركائز. يُستخدم محلول البيرانا عادةً} في صناعة الإلكترونيات الدقيقة، وكذلك في المختبرات لتنظيف الأواني الزجاجية.

يُستخدم حمض الكبريتيك في العديد من التطبيقات الأخرى في الصناعات الكيميائية. على سبيل المثال، يُعدّ المحفز الحمضي الشائع لتحويل أوكسيم سيكلوهكسانون إلى كابرولاكتام ، المستخدم في صناعة النايلون . كما يُستخدم في إنتاج حمض الهيدروكلوريك من الملح عبر عملية مانهايم . ويُستخدم حمض الكبريتيك بكميات كبيرة في تكرير _{البترول ،} على سبيل المثال كمحفز لتفاعل الإيزوبيوتان مع الإيزوبوتيلين لإنتاج الإيزوأوكتان ، وهو مركب يرفع رقم الأوكتان للبنزين . ويُستخدم حمض الكبريتيك أيضًا في كثير من الأحيان كعامل مُجفف أو مؤكسد في التفاعلات الصناعية، مثل تجفيف أنواع مختلفة من السكريات لتكوين الكربون الصلب.

يعمل حمض الكبريتيك كمحلول إلكتروليتي في بطاريات الرصاص الحمضية (بطاريات الرصاص الحمضية):

عند المصعد :

Pb + SO 2− 4 ⇌ PbSO ₄ + 2 e ⁻

عند المهبط :

PbO₂ ₊ 4 ^{H⁺ +} SO₄²⁻ + 2 e⁻ ⇌ PbSO₄ _{+ 2} H₂O

إجمالي:

Pb + PbO ₂ + 4 H ⁺ + 2 SO 2− 4 ⇌ 2 PbSO ₄ + 2 H ₂ O

يُعدّ حمض الكبريتيك بتركيزات عالية المكوّن الرئيسي في منظفات المصارف الحمضية المنزلية ^{[ 12 ]} ، والتي تُستخدم لإزالة الدهون والشعر والمناديل الورقية وغيرها. وكما هو الحال مع نظيراتها القلوية ، تُذيب هذه المنظفات الدهون والبروتينات عن طريق التحلل المائي . علاوة على ذلك، ونظرًا لخاصية التجفيف القوية لحمض الكبريتيك المركز، فإنه يُزيل المناديل الورقية أيضًا عن طريق التجفيف. ولأن الحمض قد يتفاعل بشدة مع الماء، يُنصح بإضافة هذه المنظفات الحمضية ببطء إلى الأنبوب المراد تنظيفه.

بدأ البحث في الزاج ( كبريتات المعادن المائية التي تُكوّن معادن زجاجية يُستخلص منها حمض الكبريتيك) في العصور القديمة . كان لدى السومريين قائمة بأنواع الزاج التي صنفوها وفقًا للون المادة. وتُعدّ بعض أقدم المناقشات حول أصل الزاج وخصائصه موجودة في مؤلفات الطبيب اليوناني ديوسقوريدس (القرن الأول الميلادي) وعالم الطبيعة الروماني بليني الأكبر (23-79 ميلادي). كما ناقش جالينوس استخدامه الطبي. وسُجّلت الاستخدامات المعدنية للمواد الزاجية في مؤلفات زوسيموس البانوبوليسية في الكيمياء القديمة ، وفي كتاب "الفيزياء والغموض" ، وفي بردية ليدن العاشرة . ^{[ 39 ]} أدرج الكيميائيون الإسلاميون في العصور الوسطى ، مثل المؤلفين الذين كتبوا تحت اسم جابر بن حيان (توفي حوالي 806 - 816، والمعروف باللاتينية باسم جبر)، وأبو بكر الرازي (865-925، والمعروف باللاتينية باسم الرازي)، وابن سينا ​​(980-1037، والمعروف باللاتينية باسم ابن سينا)، ومحمد بن إبراهيم الوطوط (1234-1318)، الزاج في قوائم تصنيف المعادن الخاصة بهم. ^{[ 40 ]}

أجرى مؤلفو الجابر والرازي تجارب مكثفة على تقطير مواد مختلفة، بما في ذلك الزاج. ^{[ 41 ]} في إحدى الوصفات المسجلة في كتابه " كتاب الأسرار" ، ربما يكون الرازي قد صنع حمض الكبريتيك دون أن يدرك ذلك: ^{[ 42 ]}

خذ الشبة البيضاء (اليمنية) ، وقم بإذابتها وتصفيتها. ثم قم بتقطير الزاج (الأخضر؟) مع أسيتات النحاس الأخضر، واخلط (المقطر) مع محلول الشبة المصفّى، ثم اتركه يتصلب (أو يتبلور) في الكأس الزجاجي. ستحصل بذلك على أفضل أنواع الشبة البيضاء. ^{[ 43 ]}

^{في عمل لاتيني مجهول المؤلف ،} يُنسب تارةً إلى أرسطو (تحت عنوان "كتاب أرسطو")، وتارةً ^{أخرى إلى} الرازي (تحت عنوان " نور الأنوار العظيم")، وتارةً إلى ابن سينا، يتحدث المؤلف عن "زيت" ( oleum ) يُستخرج بتقطير كبريتات الحديد الثنائي (الزاج الأخضر)، والذي يُرجح أنه كان "زيت الزاج" أو حمض الكبريتيك. ^{[ 46 ]} ويشير العمل مرارًا إلى كتاب جابر بن حيان "السبعون كتابًا " ( Liber de septuaginta )، وهو أحد أعمال جابر العربية القليلة التي تُرجمت إلى اللاتينية. ^{[ 47 ]} كما يُشير مؤلف النسخة المنسوبة إلى الرازي إلى " السبعون كتابًا" ^على أنه من تأليفه، مما يدل على أنه اعتقد خطأً أن "السبعون كتابًا" ^{من تأليف} الرازي. ^{[ 48 ]} ​​ثمة عدة دلائل تشير إلى أن العمل المجهول كان مؤلفًا أصليًا باللغة اللاتينية، ^{[ 49 ]} على الرغم من أنه وفقًا لإحدى المخطوطات، فقد تُرجم بواسطة شخص يُدعى ريموند من مرسيليا، مما يعني أنه ربما كان أيضًا ترجمة من العربية. ^{[ 50 ]}

بحسب أحمد ي. الحسن ، وردت ثلاث وصفات لحمض الكبريتيك في مخطوطة غرشونية مجهولة المؤلف ، تحتوي على تجميعة مأخوذة من عدة مؤلفين، ويعود تاريخها إلى ما قبل عام 1100 ميلادي تقريبًا . ^{[ 51 ]} إحداها كالتالي:

ماء الزاج والكبريت المستخدم لري الأدوية: ثلاثة أجزاء من الزاج الأصفر، وجزء واحد من الكبريت الأصفر، تُطحن المكونات وتُقطر على طريقة ماء الورد. ^{[ 52 ]}

وردت وصفة لتحضير حمض الكبريتيك في رسالة جعفر الصادق في علم الصنعة ، وهي رسالة عربية نُسبت زوراً إلى الإمام الشيعي جعفر الصادق (توفي عام 765). وقد أرّخ يوليوس روسكا هذه الرسالة إلى القرن الثالث عشر، ولكن وفقاً لأحمد ي. الحسن، فمن المرجح أنها تعود إلى فترة أقدم: ^{[ 53 ]}

ثم قم بتقطير الزاج الأخضر في وعاء من القرعيات وجهاز تقطير، باستخدام نار متوسطة الحرارة؛ خذ ما تحصل عليه من المقطر، وستجده صافيًا مع مسحة خضراء. ^{[ 52 ]}

أطلق الكيميائيون الأوروبيون في العصور الوسطى على حمض الكبريتيك اسم "زيت الزاج" لأنه كان يُحضّر بتحميص كبريتات الحديد الثنائي أو الزاج الأخضر في معوجة حديدية . وتظهر أولى الإشارات إليه في أعمال أوروبية الأصل في القرن الثالث عشر الميلادي، كما في أعمال فنسنت دي بوفيه ، وكتاب " كومبوزيتوم دي كومبوزيتيس" المنسوب إلى ألبرتوس ماغنوس ، وكتاب " سوما بيرفيومينتيس" المنسوب زوراً إلى جابر بن الخطاب . ^{[ 54 ]}

كانت طريقة إنتاج زيت الكبريت بالجرس معروفة بحلول القرن السادس عشر: وتتضمن حرق الكبريت تحت جرس زجاجي في طقس رطب (أو لاحقًا، تحت جرس مبلل). إلا أنها كانت غير فعالة للغاية (بحسب جيسنر ، يتحول 2.3 كيلوغرام من الكبريت إلى أقل من 0.03 كيلوغرام من الحمض ) ، وكان المنتج الناتج ملوثًا بحمض الكبريتوز (أو بالأحرى، محلول ثاني أكسيد الكبريت )، لذا لم يعتبره معظم الخيميائيين (بمن فيهم، على سبيل المثال، إسحاق نيوتن) مكافئًا لزيت الزاج.  

في القرن السابع عشر، اكتشف يوهان رودولف غلاوبر أن إضافة نترات البوتاسيوم ( KNO₃ ) تُحسّن الإنتاج بشكل ملحوظ، كما أنها تُستبدل الرطوبة بالبخار. عند تحلل نترات البوتاسيوم، تتأكسد الكبريت إلى _SO₃ ، الذي يتحد مع الماء لإنتاج حمض الكبريتيك. في عام ١٧٣٦، استخدم جوشوا وارد ، وهو صيدلي _من لندن، هذه الطريقة لبدء أول إنتاج واسع النطاق لحمض الكبريتيك.

في عام 1746 في برمنغهام، قام جون روبوك بتطوير هذه الطريقة لإنتاج حمض الكبريتيك في حجرات مبطنة بالرصاص ، والتي كانت أقوى وأقل تكلفة، ويمكن تصنيعها بأحجام أكبر من الحاويات الزجاجية المستخدمة سابقًا. سمحت هذه العملية بالتصنيع الصناعي الفعال لإنتاج حمض الكبريتيك. بعد عدة تحسينات، ظلت هذه الطريقة، التي تُعرف باسم عملية حجرة الرصاص أو "عملية الحجرة"، هي المعيار لإنتاج حمض الكبريتيك لما يقرب من قرنين من الزمان، بنسبة نقاء 62% ونسبة تحويل 75%. ^{[ 4 ]}

وصل تركيز حمض الكبريتيك المُنتَج بطريقة جون روبوك إلى حوالي 65%. لاحقًا، حسّن الكيميائي الفرنسي جوزيف لويس غاي لوساك والكيميائي البريطاني جون غلوفر تركيزه إلى 78% بفضل تحسيناتٍ أُدخلت على عملية حجرة الرصاص. مع ذلك، تتطلب صناعة بعض الأصباغ وغيرها من العمليات الكيميائية منتجًا أكثر تركيزًا. طوال القرن الثامن عشر، كان من الممكن الحصول على هذا المنتج فقط عن طريق التقطير الجاف للمعادن بتقنيةٍ مشابهةٍ للعمليات الكيميائية القديمة . كان البيريت (ثاني كبريتيد الحديد، FeS₂ ₎ يُسخّن في الهواء لإنتاج كبريتات الحديد الثنائي، FeSO₄ _، والتي تُؤكسد بتسخينها أكثر في الهواء لتكوين كبريتات الحديد الثلاثي ، Fe₂ (SO₄ ₎ ₃ _{، والتي} تتحلل عند تسخينها إلى 480 درجة مئوية إلى أكسيد الحديد الثلاثي وثالث أكسيد الكبريت، واللذان يُمكن تمريرهما عبر الماء لإنتاج حمض الكبريتيك بأي تركيز. إلا أن تكلفة هذه العملية حالت دون استخدام حمض الكبريتيك المركز على نطاق واسع. ^{[ 4 ]} 

في عام 1831، حصل تاجر الخل البريطاني بيرغرين فيليبس على براءة اختراع لعملية التلامس ، التي كانت عملية أكثر اقتصادية بكثير لإنتاج ثالث أكسيد الكبريت وحمض الكبريتيك المركز. واليوم، يُنتج معظم حمض الكبريتيك في العالم باستخدام هذه الطريقة. ^{[ 33 ]}

في أوائل ومنتصف القرن التاسع عشر، وُجدت نباتات "الزاج" في أماكن عديدة، منها بريستونبانز في اسكتلندا، وشروبشاير، ووادي لاغان في مقاطعة أنترم بأيرلندا الشمالية ، حيث استُخدمت كمبيض للكتان. كانت عملية تبييض الكتان في بداياتها تتم باستخدام حمض اللاكتيك المستخلص من الحليب الحامض، إلا أنها كانت عملية بطيئة، وقد ساهم استخدام الزاج في تسريعها. ^{[ 55 ]}

يُمكن لحمض الكبريتيك أن يُسبب حروقًا بالغة الخطورة ، خاصةً عند تركيزاته العالية. وكما هو الحال مع الأحماض والقلويات الأخرى المُسببة للتآكل ، فإنه يُحلل البروتينات والدهون بسهولة من خلال تحلل الأميدات والإسترات عند ملامسته للأنسجة الحية ، مثل الجلد واللحم . إضافةً إلى ذلك، يُظهر حمض الكبريتيك خاصية تجفيف قوية للكربوهيدرات ، مما يُطلق حرارة زائدة ويُسبب حروقًا حرارية ثانوية . ^{[ 8 ] [ 9 ]} وبناءً على ذلك، فإنه يُهاجم القرنية بسرعة ، وقد يُسبب العمى الدائم في حال ملامسته للعينين . وفي حال ابتلاعه، فإنه يُلحق ضررًا لا رجعة فيه بالأعضاء الداخلية ، وقد يكون قاتلًا. ^{[ 7 ]} لذا، يجب دائمًا استخدام معدات الوقاية الشخصية عند التعامل معه. علاوةً على ذلك، فإن خاصية الأكسدة القوية التي يتمتع بها تجعله شديد التآكل للعديد من المعادن ، وقد يمتد تأثيره المُدمر ليشمل مواد أخرى. ^{[ 8 ]} لهذه الأسباب، يُحتمل أن يكون الضرر الناجم عن حمض الكبريتيك أشد من الضرر الناجم عن أحماض قوية أخرى مُماثلة ، مثل حمض الهيدروكلوريك وحمض النيتريك .

علامات تحذيرية من مخاطر الأحماض

يجب تخزين حمض الكبريتيك بعناية في عبوات مصنوعة من مواد غير متفاعلة (مثل الزجاج).  تُصنف المحاليل التي تساوي أو تزيد عن 1.5 مولار على أنها "مُسببة للتآكل"، بينما تُصنف المحاليل التي تزيد عن 0.5  مولار ولكن تقل عن 1.5  مولار على أنها "مُهيجة". مع ذلك، حتى المحلول المخفف المستخدم في المختبرات (حوالي 1  مولار، 10%) قد يُسبب احتراق الورق إذا تُرك مُلامسًا له لفترة كافية.

تتمثل الإسعافات الأولية القياسية لحالات انسكاب الأحماض على الجلد، كما هو الحال مع المواد الكاوية الأخرى ، في غسل المنطقة المصابة بكميات كبيرة من الماء. ويستمر الغسل لمدة لا تقل عن عشر إلى خمس عشرة دقيقة لتبريد الأنسجة المحيطة بالحرق الحمضي ومنع حدوث أضرار ثانوية. تُنزع الملابس الملوثة فورًا ويُغسل الجلد جيدًا.

قد يكون تحضير الحمض المخفف خطيرًا بسبب الحرارة المنبعثة أثناء عملية التخفيف. ولتجنب تناثر الحمض، يُضاف الحمض المركز عادةً إلى الماء وليس العكس. ويُقال في هذا السياق: "أضف الحمض إلى الماء كما ينبغي". ^{[ 56 ] [ 57 ]} للماء سعة حرارية أعلى من الحمض، لذا فإن وعاء الماء البارد سيمتص الحرارة عند إضافة الحمض.

كذلك، ولأن الحمض أكثر كثافة من الماء، فإنه يغوص إلى القاع. تتولد الحرارة عند السطح الفاصل بين الحمض والماء، والذي يقع في قاع الوعاء. لا يغلي الحمض بسبب ارتفاع درجة غليانه. يرتفع الماء الدافئ بالقرب من السطح الفاصل بفعل الحمل الحراري ، مما يبرد السطح الفاصل، ويمنع غليان الحمض أو الماء.

على النقيض من ذلك، فإن إضافة الماء إلى حمض الكبريتيك المركز ينتج عنها طبقة رقيقة من الماء فوق الحمض. يمكن للحرارة المتولدة في هذه الطبقة الرقيقة من الماء أن تغلي، مما يؤدي إلى انتشار رذاذ حمض الكبريتيك ، أو ما هو أسوأ من ذلك، إلى انفجار .

يُعدّ تحضير محاليل  بتركيز يزيد عن 6 مولار (35%) أمرًا خطيرًا، ما لم يُضَف الحمض ببطء كافٍ لإتاحة وقت كافٍ لتبريد المزيج. وإلا، فقد تكون الحرارة الناتجة كافية لغلي المزيج. لذا، يُعدّ التقليب الميكانيكي الفعال والتبريد الخارجي (مثل حمام الثلج) ضروريين.

تتضاعف سرعة التفاعل مع كل زيادة في درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية تقريبًا . ^{[ 58 ]} لذلك، يصبح التفاعل أكثر عنفًا مع استمرار التخفيف، ما لم يُترك المزيج ليبرد. إضافة الحمض إلى الماء الدافئ تُسبب تفاعلًا عنيفًا.

على نطاق المختبر، يمكن تخفيف حمض الكبريتيك بسكب حمض مركز على ثلج مجروش مصنوع من الماء منزوع الأيونات. يذوب الثلج في عملية ماصة للحرارة أثناء تخفيف الحمض. كمية الحرارة اللازمة لإذابة الثلج في هذه العملية أكبر من كمية الحرارة المنبعثة من تخفيف الحمض، لذا يبقى المحلول باردًا. ^{[ 59 ]} بعد ذوبان الثلج بالكامل، يمكن إجراء المزيد من التخفيف باستخدام الماء.

حمض الكبريتيك غير قابل للاشتعال.

تتمثل المخاطر المهنية الرئيسية التي يشكلها هذا الحمض في ملامسته للجلد مما يؤدي إلى حروق (انظر أعلاه) واستنشاق الرذاذ. يؤدي التعرض للرذاذ بتركيزات عالية إلى تهيج فوري وشديد للعينين والجهاز التنفسي والأغشية المخاطية: يزول هذا التهيج سريعًا بعد التعرض، على الرغم من وجود خطر الإصابة بوذمة رئوية لاحقة في حال كان تلف الأنسجة شديدًا. عند التركيزات المنخفضة، فإن أكثر الأعراض شيوعًا للتعرض المزمن لرذاذ حمض الكبريتيك هو تآكل الأسنان، والذي وُجد في جميع الدراسات تقريبًا: أما مؤشرات احتمال حدوث تلف مزمن في الجهاز التنفسي فهي غير حاسمة حتى عام 1997. قد يزيد التعرض المهني المتكرر لرذاذ حمض الكبريتيك من احتمالية الإصابة بسرطان الرئة بنسبة تصل إلى 64%. ^{[ 60 ]} في الولايات المتحدة، تم تحديد الحد المسموح به للتعرض لحمض الكبريتيك عند 1  ملغم/م³ ^: وتكون الحدود في البلدان الأخرى مماثلة. وردت تقارير عن تناول حمض الكبريتيك الذي يؤدي إلى نقص فيتامين ب12 مع تنكس عصبي مختلط تحت الحاد. غالباً ما يتأثر الحبل الشوكي في مثل هذه الحالات، ولكن قد تظهر الأعصاب البصرية أيضاً زوال الميالين ، وفقدان المحاور العصبية ، وتكاثر الخلايا الدبقية .