Sülfürik asit (H₂SO₄), iki hidrojen, bir kükürt ve dört oksijen atomundan oluşan, korozif, hidrojen iyonu (H⁺) verici ve mineral asit sınıfına dâhil bir bileşiktir. Renksizden açık sarıya kadar değişebilen, yoğun ve yağlı kıvamlı bir sıvıdır. Sanayi üretiminde yaygın kullanımı dolayısıyla endüstriyel kimyanın temel maddeleri arasında yer alır. Tarihsel olarak “zaç yağı” olarak da adlandırılmıştır. Yıllık üretim miktarı, ülkelerin kimya sanayi kapasitesini yansıtan önemli bir göstergedir.

Doğal ortamda serbest halde bulunmaz; ancak bazı volkanik gazların içeriğinde iz miktarda tespit edilebilir. Endüstriyel üretimi, başlıca kontak prosesi aracılığıyla gerçekleştirilir.

Tarihçe

Sülfürik asidin tarihi, insanlık tarihindeki ilk sistematik kimyasal deneyler ile paralel ilerlemiştir. İlk formlarına ilişkin bilgiler, 8. yüzyılda yaşamış İslam âlimi Câbir bin Hayyan'ın eserlerinde yer almaktadır. Câbir, demir sülfat (FeSO₄), alüminyum sülfat (Al₂(SO₄)₃) ve doğal vitriol minerallerinden sülfürik asit türevleri elde etmiş, bu maddeleri "zaç yağı" olarak adlandırmıştır. Bu adlandırma, daha sonraki dönemlerde de kullanılmaya devam etmiştir.

13. yüzyılda yaşayan Albertus Magnus ve Roger Bacon, vitriol maddelerinden damıtma yoluyla asidik çözeltiler elde etmiş, bu süreci Avrupa'da yaygınlaştırmıştır. 16. yüzyılda Johann Rudolf Glauber, demir ve bakır sülfatların ısıtılmasıyla sülfürik asit buharı elde etmiş ve böylece daha saf çözeltiler üzerinde deneyler yapılabilmiştir.

İngiltere'de 1746 yılında kimyager John Roebuck, ticari ölçekte ilk sülfürik asit üretim sistemini geliştirerek kurşun odalar prosesini kurmuştur. Bu yöntem, demir sülfat ve nitratın birlikte ısıtılmasıyla ortaya çıkan gazların, büyük kurşun kaplarda reaksiyona girmesi esasına dayanıyordu. 18. ve 19. yüzyıllarda bu süreç, Avrupa ve Amerika'da yaygın olarak kullanılmış ve endüstriyel devrim ile birlikte tekstil, deri ve metalurji gibi sektörlerde sülfürik asit kullanımını artırmıştır.

Ancak kurşun odalar yöntemi, verim düşüklüğü ve sınırlı derişim üretimi nedeniyle zamanla yetersiz kalmıştır. 1831 yılında İngiliz kimyager Peregrine Phillips, daha yüksek verimli bir yöntem olan kontak prosesini geliştirmiştir. Bu yöntemde, kükürt dioksit (SO₂), vanadyum pentoksit (V₂O₅) katalizörü eşliğinde oksijenle reaksiyona sokularak kükürt trioksit (SO₃) elde edilmekteydi. Bu gelişme, sülfürik asidin büyük ölçekli, ekonomik ve sürekli üretimini mümkün kılmıştır.

20. yüzyıl boyunca prosesin verimliliği artırılmış, çevresel etkileri azaltılmış ve otomasyon sistemleri ile süreç kontrolü iyileştirilmiştir. Günümüzde sülfürik asit üretimi, dünyanın hemen her ülkesinde yaygın olarak sürdürülmekte olup, üretim miktarı çoğu zaman ülkelerin kimya endüstrisi kapasitesinin bir göstergesi olarak kabul edilmektedir.

Fiziksel ve Kimyasal Özellikler

Sülfürik asit (H₂SO₄), oda sıcaklığında renksiz, yağ kıvamında, ağır ve kokusuz bir sıvıdır. Kuvvetli higroskopik yapısı nedeniyle nemli havadan su buharını hızla çeker ve yoğunlaşabilir. Aynı zamanda yüksek viskoziteye sahiptir. Saf sülfürik asidin yoğunluğu yaklaşık 1,84 g/cm³ olup, bu değer, sıradan sıvılara göre oldukça yüksektir. Moleküler ağırlığı 98,08 g/mol olan bu bileşik, kimyasal formülünden de anlaşılacağı üzere iki hidrojen, bir kükürt ve dört oksijen atomundan oluşur.

Saf haldeki sülfürik asidin ergime noktası yaklaşık 10,3 °C, kaynama noktası ise 337 °C'dir. Kaynama esnasında kısmi ayrışma göstererek kükürt trioksit (SO₃) ve su buharı açığa çıkarır. Buharları tahriş edici olup, inhalasyonu sağlık açısından tehlikelidir. Ayrıca deriye teması durumunda şiddetli aşındırıcı etkisi vardır.

Sülfürik asit, proton verici özelliğiyle kuvvetli bir asit olarak sınıflandırılır. Sulu çözeltilerde iki kademeli iyonlaşma gösterir:

1. iyonlaşma:

$H₂SO₄ → H⁺ + HSO₄⁻$

2. iyonlaşma:

$HSO₄⁻ ⇌ H⁺ + SO₄²⁻$

İlk protonu tamamen verirken, ikinci protonun ayrışması denge tepkimesiyle gerçekleşir. Bu özelliğiyle diprotik asit sınıfında yer alır.

Termodinamik açıdan oldukça kararlı olan H₂SO₄, yüksek sıcaklıklarda ayrışma eğilimi gösterse de birçok ortamda tepkimeye girme potansiyeli yüksektir. Kuvvetli bir dehidrasyon ajanı olarak organik maddelerden su çekebilir. Bu nedenle özellikle karbonhidratlarla (örneğin sakkaroz) temas ettiğinde karbonizasyon meydana gelir; bu süreçte maddeyi su ve karbondan ayırır.

Ayrıca sülfürik asit, birçok metal ile reaksiyona girerek hidrojen gazı açığa çıkarır. Bu tür tepkimelerde redoks özellik gösterir. Örneğin çinko (Zn) ile reaksiyonu şu şekildedir:

$Zn(s) + H₂SO₄(aq) → ZnSO₄(aq) + H₂(g)$

Yüksek derişimli sülfürik asit aynı zamanda oksitleyici özellik de gösterebilir. Özellikle sıcak ve konsantre haldeyken bakır (Cu), gümüş (Ag) gibi metallerle reaksiyona girerek sülfat tuzları oluşturabilir ve SO₂ gazı çıkışı gözlenir. Tüm bu özellikler göz önüne alındığında, sülfürik asit hem fiziksel kararlılığı, hem de kimyasal reaktivitesi açısından sanayide yaygın biçimde tercih edilen temel inorganik bileşiklerden biridir.

Kullanım Alanları

• Gübre Endüstrisi: Sülfürik asit, özellikle fosfatlı gübrelerin üretiminde temel reaktiftir. Fosfat kayaçlarının sülfürik asitle işlenmesiyle süperfosfat gibi tarımda yaygın kullanılan gübre türleri elde edilir.

• Kimya Sanayi: Boyar madde, sentetik deterjan, patlayıcı, ilaç ve suni elyaf üretiminde ara ürün olarak kullanılır. Ayrıca metal yüzeylerin temizlenmesi, petrol rafinasyonu ve elektrolit üretimi gibi çok çeşitli alanlarda görev alır. Kurşun-asit akülerde elektrolit olarak işlev görmesi, enerji sektöründe de yer bulmasını sağlamıştır.

• Laboratuvar ve Endüstriyel Temizlik: Laboratuvar ortamında susuzlaştırıcı ve reaksiyon başlatıcı olarak görev alır. Endüstride, yağ, kir ve pas çözücüsü olarak da kullanılır. Özellikle metal yüzeylerin işlem öncesi hazırlanmasında tercih edilmektedir.

Üretim Süreci

Günümüzde sülfürik asit üretimi, esas olarak kontak prosesi adı verilen üç aşamalı yöntemle gerçekleştirilir. İlk aşamada, kükürt (S) elementinin oksijenle yakılması ya da sülfür içeren cevherlerin kavrulması yoluyla kükürt dioksit (SO₂) gazı elde edilir:

$S + O₂ → SO₂$

İkinci aşamada, SO₂ gazı, vanadyum pentoksit (V₂O₅) içeren katalizör yataklarında oksijen ile tepkimeye girerek kükürt trioksit (SO₃)'e dönüştürülür:

$2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃$

Son aşamada, oluşan SO₃ doğrudan suyla değil, önceden hazırlanmış sülfürik asit çözeltisiyle tepkimeye girerek oleum (H₂S₂O₇) oluşturulur. Daha sonra oleum suyla seyreltilerek istenilen derişimde sülfürik asit elde edilir. Bu yöntemin tercih edilmesinde verimlilik, güvenlik ve çevresel sürdürülebilirlik gibi faktörler etkili olmuştur.

Biyolojik Etkiler

Sülfürik asit, canlı organizmalarda doğrudan biyokimyasal işlev görmez; ancak içerdiği sülfat iyonları, eser miktarda bazı metabolik süreçlerde görev alabilir. Cilde veya gözle temas ettiğinde ciddi kimyasal yanıklara, solunması hâlinde ise solunum yolları hasarına neden olabilir. Bu nedenle kullanım sırasında kişisel koruyucu donanım zorunludur.

Çevresel Etkiler

Sülfürik asit, asit yağmurlarının başlıca bileşenlerinden biridir. Endüstriyel faaliyetlerden kaynaklanan kükürt dioksit (SO₂) ve kükürt trioksit (SO₃) gazlarının atmosferdeki su buharı ile reaksiyonu sonucunda H₂SO₄ oluşur. Bu durum, toprakların asidifikasyonu, su kaynaklarının ekolojik dengesinin bozulması ve altyapı sistemlerinin korozyona uğraması gibi olumsuz etkiler doğurur. Bu nedenle baca gazı arıtma ve kimyasal atık yönetimi sistemleri önem taşır.