Eine anorganische Säure ist eine Verbindung aus Wasserstoff und einem oder mehreren anderen Elementen (mit Ausnahme von Kohlenstoff), die dissoziiert oder zerfällt, um Wasserstoffionen zu erzeugen, wenn sie in Wasser oder anderen Lösungsmitteln gelöst wird. Die resultierende Lösung hat bestimmte Eigenschaften, wie die Fähigkeit, Basen zu neutralisieren, Lackmuspapier rot zu färben und spezifische Farbänderungen mit bestimmten anderen Indikatoren zu erzeugen. Anorganische Säuren werden oft als Mineralsäuren bezeichnet. Die wasserfreie Form kann gasförmig oder fest sein.
Ein anorganisches Anhydrid ist ein Oxid eines Metalloids, das sich mit Wasser verbinden kann, um eine anorganische Säure zu bilden. Es kann durch Synthese hergestellt werden wie: S + O2 → SO2, die durch Zugabe eines Wassermoleküls in eine Säure umgewandelt werden kann (Hydratation); oder durch Eliminieren von Wasser aus einer Säure, wie zum Beispiel:
2HMnO4 → Mn2O7 + H2O
Anorganische Anhydride teilen im Allgemeinen die biologischen Eigenschaften ihrer Säuren, da in wässrigen biologischen Medien leicht eine Hydratation stattfinden kann.
Verwendet
Anorganische Säuren werden als chemische Zwischenprodukte und Katalysatoren in chemischen Reaktionen verwendet. Sie sind in einer Vielzahl von Branchen zu finden, darunter Metall- und Holzverarbeitung, Textil-, Farbstoff-, Erdöl- und Fotoindustrie. In der Metallverarbeitung werden sie häufig als Reinigungsmittel vor dem Schweißen, Plattieren oder Lackieren verwendet. Sulfaminsäure, Schwefelsäure und Salzsäure werden beim Galvanisieren verwendet, und Perchlorsäure wird in der Metallbeschichtung verwendet.
Salzsäure, Schwefelsäure, Perchlorsäure und Sulfaminsäure sind in der Industrie weit verbreitet. Salzsäure oder Chlorwasserstoff in wässriger Lösung wird zum industriellen Ansäuern, zum Raffinieren von Zinn- und Tantalerzen, zum Umwandeln von Maisstärke in Sirup und zum Entfernen von Kesselstein und Wärmeaustauschgeräten verwendet. Es ist auch ein Gerbstoff in der Lederindustrie. Schwefelsäure wird in Pergamentpapier und in verschiedenen Prozessen verwendet, darunter die Reinigung von Erdöl, die Raffination von Pflanzenöl, die Karbonisierung von Wollstoffen, die Extraktion von Uran aus Pechblende und das Beizen von Eisen und Stahl. Schwefelsäure und Perchlorsäure werden in der Sprengstoffindustrie verwendet. Sulfaminsäure ist ein Flammschutzmittel in der Holz- und Textilindustrie und ein Bleichmittel und Bakterizid in der Zellstoff- und Papierindustrie. Es wird auch zur Chlorstabilisierung in Schwimmbädern verwendet.
Salpetersäure wird bei der Herstellung von Ammoniumnitrat für Düngemittel und Sprengstoffe verwendet. Darüber hinaus wird es in der organischen Synthese, Metallurgie, Erzflotation und zur Wiederaufbereitung abgebrannter Kernbrennstoffe verwendet.
Gefahren
Die spezifischen Gefahren der industriell wichtigen anorganischen Säuren finden Sie unten; Es sollte jedoch beachtet werden, dass alle diese Säuren bestimmte gefährliche Eigenschaften gemeinsam haben. Lösungen anorganischer Säuren sind an sich nicht brennbar; Wenn sie jedoch mit bestimmten anderen chemischen Substanzen oder brennbaren Materialien in Kontakt kommen, kann es zu einem Brand oder einer Explosion kommen. Diese Säuren reagieren mit bestimmten Metallen unter Freisetzung von Wasserstoff, der in Mischung mit Luft oder Sauerstoff leicht entzündlich und explosiv ist. Sie können auch als Oxidationsmittel wirken und bei Kontakt mit organischen oder anderen oxidierbaren Materialien zerstörerisch und heftig reagieren.
Auswirkungen auf die Gesundheit. Die anorganischen Säuren sind ätzend, besonders in hohen Konzentrationen; sie zerstören Körpergewebe und verursachen bei Kontakt mit Haut und Schleimhäuten Verätzungen. Insbesondere die Gefahr von Augenunfällen ist ausgeprägt. Anorganische Säuredämpfe oder -nebel sind Atemwegs- und Schleimhautreizstoffe, wobei der Grad der Reizung stark von der Konzentration abhängt; Verfärbung oder Erosion der Zähne können auch bei exponierten Arbeitern auftreten. Wiederholter Hautkontakt kann zu Dermatitis führen. Die versehentliche Einnahme konzentrierter anorganischer Säuren führt zu schweren Reizungen des Rachens und des Magens und zur Zerstörung des Gewebes innerer Organe, möglicherweise mit tödlichem Ausgang, wenn nicht sofort Abhilfemaßnahmen ergriffen werden. Bestimmte anorganische Säuren können auch als systemische Gifte wirken.
Sicherheits- und Gesundheitsmaßnahmen
Stark ätzende Säuren sollten nach Möglichkeit durch weniger gefährliche Säuren ersetzt werden; Es ist wichtig, nur die für den Prozess erforderliche Mindestkonzentration zu verwenden. Überall dort, wo anorganische Säuren verwendet werden, sollten geeignete Maßnahmen bezüglich Lagerung, Handhabung, Abfallentsorgung, Belüftung, persönlicher Schutzausrüstung und Erster Hilfe getroffen werden.
Lagerung. Vermeiden Sie den Kontakt mit anderen Säuren und brennbaren oder oxidierbaren Materialien. Auch Elektroinstallationen sollten säurebeständig sein.
Lagerbereiche sollten von anderen Räumen getrennt, gut belüftet, vor Sonnenlicht und Wärmequellen geschützt sein; sie sollten einen Zementboden haben und keine Stoffe enthalten, mit denen eine Säure reagieren könnte. Große Bestände sollten von Bordsteinen oder Schwellen umgeben sein, um die Säure im Falle eines Auslaufens zurückzuhalten, und es sollten Vorkehrungen für eine Neutralisierung getroffen werden. Außerhalb des Lagergeländes sollten ein Hydrant und ein Vorrat an umluftunabhängigem Atemschutzgerät für Notfall- oder Rettungszwecke bereitgestellt werden. Verschüttungen sollten sofort durch Abspritzen beseitigt werden; Im Falle einer großen Leckage sollte das Personal das Gelände verlassen und dann, nachdem es die Notfallausrüstung angelegt hat, zurückkehren, um die Säure mit Wasser oder kalziniertem Sand zu neutralisieren. Elektrische Geräte sollten wasserdicht und säurebeständig sein. Sicherheitsbeleuchtung ist wünschenswert.
Behälter sollten dicht verschlossen gehalten werden und sollten deutlich gekennzeichnet sein, um den Inhalt anzugeben. Falls erforderlich, sollten Dekompressionsmaßnahmen ergriffen werden. Rohrleitungen, Kupplungen, Dichtungen und Ventile sollten alle aus salpetersäurebeständigem Material bestehen. Glas- oder Kunststoffbehälter sollten angemessen gegen Stöße geschützt werden; Sie sollten vom Boden ferngehalten werden, um das Spülen im Falle einer Leckage zu erleichtern. Fässer sollten auf Gestellen oder Gestellen gelagert und in ihrer Position verkeilt werden. Gasflaschen mit gasförmiger wasserfreier Säure sollten aufrecht mit aufgesetztem Deckel gelagert werden. Leere und volle Gebinde sind vorzugsweise getrennt zu lagern. Wartung und gute Haushaltsführung sind unerlässlich.
Handling. Wo immer möglich, sollten Säuren durch geschlossene Systeme gepumpt werden, um jegliche Berührungsgefahr zu vermeiden. Überall dort, wo einzelne Gebinde transportiert oder umgefüllt werden müssen, sollten die entsprechenden Geräte eingesetzt und nur erfahrene Personen mit diesen Arbeiten beauftragt werden. Das Umfüllen sollte mittels spezieller Siphons, Transferpumpen oder Trommel- oder Glasballon-Kippgestellen usw. erfolgen. Flaschen mit wasserfreiem Säuregas erfordern spezielle Ablassventile und Anschlüsse.
Wenn Säuren mit anderen Chemikalien oder Wasser gemischt werden, müssen sich die Arbeiter aller heftigen oder gefährlichen Reaktionen bewusst sein, die stattfinden können. Beispielsweise sollte eine konzentrierte Säure langsam zu Wasser gegeben werden und nicht umgekehrt, um die Erzeugung übermäßiger Hitze und heftiger Reaktionen zu vermeiden, die Spritzer und Haut- oder Augenkontakt verursachen können.
Lüftung. Wo Prozesse Säurenebel oder -dämpfe erzeugen, wie z. B. beim Galvanisieren, sollte eine Absaugung installiert werden.
Personenschutz. Personen, die gefährlichen Spritzern anorganischer Säuren ausgesetzt sind, sollten verpflichtet werden, säurebeständige persönliche Schutzausrüstung zu tragen, einschließlich Hand- und Armschutz, Augen- und Gesichtsschutz und Schürzen, Overalls oder Mäntel. Sofern sichere Arbeitsverfahren angewendet werden, sollte die Verwendung von Atemschutzgeräten nicht erforderlich sein; es sollte jedoch für den Notfall im Falle eines Auslaufens oder Verschüttens verfügbar sein.
Wenn Arbeiter einen Tank betreten müssen, der anorganische Säuren enthält, um Wartungs- oder Reparaturarbeiten durchzuführen, sollten die Tanks zuerst gespült werden und alle Vorsichtsmaßnahmen für das Betreten geschlossener Räume getroffen werden, wie an anderer Stelle in beschrieben Enzyklopädie, sollte genommen werden.
Ausbildung. Alle Arbeiter, die mit Säuren umgehen müssen, sollten über ihre gefährlichen Eigenschaften belehrt werden. Bestimmte Arbeiten, wie z. B. in geschlossenen Räumen oder beim Umgang mit großen Mengen Säuren, sollten immer von zwei Personen durchgeführt werden, wobei einer bereit ist, dem anderen im Bedarfsfall zu Hilfe zu kommen.
Hygiene. Bei Kontakt mit anorganischen Säuren ist die persönliche Hygiene von größter Bedeutung. Angemessene Wasch- und Sanitäreinrichtungen sollten bereitgestellt werden und die Arbeiter sollten ermutigt werden, sich vor den Mahlzeiten und am Ende der Schicht gründlich zu waschen.
Erste-Hilfe. Die wesentliche Behandlung einer Kontamination von Haut oder Augen mit anorganischen Säuren ist das sofortige und ausgiebige Spülen mit fließendem Wasser. Notduschen und Augenspülbrunnen, -bäder oder -flaschen sollten strategisch günstig platziert werden. Spritzer ins Auge sollten durch reichliches Spülen mit Wasser behandelt werden. Kontaminierte Kleidung sollte entfernt werden und andere geeignete Notfallverfahren für die Hautbehandlung sollten vorhanden sein und das Personal sollte in ihrer Anwendung geschult werden. Die Neutralisation der Säure im betroffenen Bereich mit einer alkalischen Lösung wie 2 bis 3 % Natriumbicarbonat oder 5 % Natriumcarbonat und 5 % Natriumhyposulfit oder 10 % Triethanolamin ist ein Standardverfahren.
Personen, die Säurenebel eingeatmet haben, sind unverzüglich aus dem kontaminierten Bereich zu entfernen und an jeglichen Bemühungen zu hindern. Sie sollten sofort einem Arzt zugeführt werden. Im Falle einer versehentlichen Einnahme sollte dem Opfer eine neutralisierende Substanz verabreicht und eine Magenspülung durchgeführt werden. Im Allgemeinen sollte kein Erbrechen herbeigeführt werden, da dies die Verletzung weiter ausbreiten kann.
Ärztliche Aufsicht. Arbeitnehmer sollten vor der Einstellung und regelmäßig medizinisch untersucht werden. Die Einstellungsuntersuchung soll insbesondere auf die Erkennung chronischer Erkrankungen der Atemwege, des Magen-Darm-Trakts oder der Nerven sowie etwaiger Augen- und Hauterkrankungen ausgerichtet sein. Regelmäßige Untersuchungen sollten in kurzen Abständen stattfinden und eine Überprüfung des Zustands der Zähne beinhalten.
Wasserverschmutzung. Dem soll vorgebeugt werden, indem sichergestellt wird, dass absäurehaltiges Abwasser erst dann in Gewässer oder Kanalisation eingeleitet wird, wenn der pH-Wert (Säuregrad) auf einen Wert zwischen 5.5 und 8.5 gebracht wurde.
Salzsäure
Wasserfreier Chlorwasserstoff ist nicht ätzend; wässrige Lösungen greifen jedoch fast alle Metalle (Quecksilber, Silber, Gold, Platin, Tantal und bestimmte Legierungen sind Ausnahmen) unter Freisetzung von Wasserstoff an. Salzsäure reagiert mit Sulfiden zu Chloriden und Schwefelwasserstoff. Es ist eine sehr stabile Verbindung, aber bei hohen Temperaturen zerfällt es in Wasserstoff und Chlor.
Gefahren. Die besonderen Gefahren der Salzsäure sind ihre ätzende Wirkung auf Haut und Schleimhäute, die Bildung von Wasserstoff bei Kontakt mit bestimmten Metallen und Metallhydriden und ihre Toxizität. Salzsäure verursacht Verätzungen der Haut und der Schleimhäute, deren Schwere durch die Konzentration der Lösung bestimmt wird; dies kann zu Ulzerationen führen, gefolgt von Keloiden und retaktiler Narbenbildung. Kontakt mit den Augen kann zu vermindertem Sehvermögen oder Erblindung führen. Verbrennungen im Gesicht können schwere und entstellende Narben hinterlassen. Häufiger Kontakt mit wässrigen Lösungen kann zu Dermatitis führen.
Die Dämpfe wirken reizend auf die Atemwege und verursachen Laryngitis, Glottisödem, Bronchitis, Lungenödem und Tod. Verdauungserkrankungen sind häufig und durch molekulare Zahnnekrose gekennzeichnet, bei der die Zähne ihren Glanz verlieren, gelb werden, weich und spitz werden und dann abbrechen.
Sicherheits- und Gesundheitsmaßnahmen. Neben den oben beschriebenen allgemeinen Maßnahmen sollte die Säure nicht in der Nähe von brennbaren oder oxidierenden Stoffen wie Salpetersäure oder Chloraten oder in der Nähe von Metallen und Metallhydriden gelagert werden, die von der Säure unter Bildung von Wasserstoff angegriffen werden können. (Die Explosionsgrenzen von Wasserstoff liegen bei 4 bis 75 Vol.-% in Luft.) Elektrische Geräte sollten druckfest und gegen die korrosive Wirkung der Dämpfe geschützt sein.
Salpetersäure
Salpetersäure ist stark ätzend und greift eine Vielzahl von Metallen an. Reaktionen zwischen Salpetersäure und verschiedenen organischen Materialien sind oft stark exotherm und explosiv, und Reaktionen mit Metallen können giftige Gase erzeugen. Salpetersäure verursacht Hautverbrennungen und die Dämpfe sind stark reizend für Haut und Schleimhäute; das Einatmen größerer Mengen führt zu einer akuten Vergiftung.
Feuer und Explosion. Salpetersäure greift die meisten Substanzen und alle Metalle mit Ausnahme der Edelmetalle (Gold, Platin, Iridium, Thorium, Tantal) und bestimmter Legierungen an. Die Reaktionsgeschwindigkeit variiert je nach Metall und Säurekonzentration; Zu den bei der Reaktion entstehenden Gasen gehören Stickoxide, Stickstoff und Ammoniak, die giftig oder erstickend wirken können. Bei Kontakt mit Natrium oder Kalium ist die Reaktion heftig und gefährlich, und Stickstoff wird freigesetzt. Bei bestimmten Metallen bildet sich jedoch ein schützender Oxidfilm, der einen weiteren Angriff verhindert. Salpetersäure kann mit Schwefelwasserstoff explosionsartig reagieren. Durch Einwirkung der Säure auf verschiedene Basen erhaltene Nitrate sind starke Oxidationsmittel.
Selbst in verdünnten Konzentrationen ist Salpetersäure ein stark oxidierendes Material. Lösungen mit einer Konzentration von mehr als 45 % können zur Selbstentzündung organischer Materialien wie Terpentin, Holz, Stroh usw. führen.
Gesundheitsrisiken. Salpetersäurelösungen sind stark ätzend und führen zu Verletzungen der Haut, Augen und Schleimhäute, deren Schwere von der Dauer des Kontakts und der Säurekonzentration abhängt; die Läsionen reichen von Reizungen bis hin zu Verbrennungen und lokalisierten Nekrosen nach längerem Kontakt. Salpetersäurenebel wirken außerdem ätzend auf Haut, Schleimhäute und Zahnschmelz.
Salpetersäuredämpfe enthalten je nach Säurekonzentration und Betriebsweise immer einen gewissen Anteil an anderen gasförmigen Stickstoffverbindungen (z. B. Stickoxide). Einatmen kann akute Vergiftung und perakute Vergiftung hervorrufen. Eine perakute Vergiftung ist selten und kann tödlich sein. Akute Vergiftungen bestehen im Allgemeinen aus drei Phasen: Die erste besteht aus Reizungen der oberen Atemwege (Brennen im Hals, Husten, Erstickungsgefühl) und der Augen mit Tränenfluss (Tränenfluss); die zweite Phase ist irreführend, da pathologische Zeichen für einen Zeitraum von bis zu mehreren Stunden fehlen; in der dritten Phase treten die Atemwegserkrankungen wieder auf und können sich schnell zu einem akuten Lungenödem entwickeln, oft mit schwerwiegendem Verlauf.
Ein versehentliches Verschlucken führt zu schweren Schäden im Mund, Rachen, in der Speiseröhre und im Magen und kann schwerwiegende Folgen haben.
Sicherheits- und Gesundheitsmaßnahmen. Salpetersäure sollte je nach Menge und Konzentration in Edelstahl-, Aluminium- oder Glasbehältern gelagert werden. Ballonflaschen oder Winchester aus Glas sollten durch eine Metallhülle geschützt werden, um Stoßfestigkeit zu bieten. Salpetersäure, die fluorierte Verbindungen enthält, sollte jedoch nicht in Glas gelagert werden. Organische Materialien wie Holz, Stroh, Sägespäne usw. sollten von Arbeiten mit Salpetersäure ferngehalten werden. Wenn Salpetersäure mit Wasser verdünnt werden soll, sollte die Säure in das Wasser gegossen und örtliches Erhitzen vermieden werden.
Schwefelsäure
Schwefelsäure ist eine starke Säure, die beim Erhitzen über 30 °C Dampf abgibt und über 200 °C Schwefeltrioxid abgibt. Wenn es kalt ist, reagiert es mit allen Metallen, einschließlich Platin; wenn es heiß ist, wird die Reaktivität intensiviert. Verdünnte Schwefelsäure löst Aluminium, Chrom, Kobalt, Kupfer, Eisen, Mangan, Nickel und Zink, nicht aber Blei und Quecksilber. Es hat eine große Affinität zu Wasser, nimmt Luftfeuchtigkeit auf und entzieht organischen Materialien Wasser, wodurch es verkohlt. Es zersetzt Salze aller anderen Säuren außer Kieselsäure.
Schwefelsäure kommt im nativen Zustand in der Nähe von Vulkanen vor, insbesondere in den Vulkangasen.
Gefahren. Die Wirkung von Schwefelsäure auf den Körper ist die eines starken ätzenden und allgemein giftigen Mittels. In flüssiger oder dampfförmiger Form in den Körper eingebracht, verursacht es starke Reizungen und Verätzungen der Schleimhäute des Atem- und Verdauungstraktes, der Zähne, Augen und der Haut. Schwefelsäure verursacht bei Hautkontakt eine heftige Austrocknung. Es setzt Wärme in ausreichender Menge frei, um Verbrennungen zu erzeugen, die thermischen Verbrennungen ähnlich sind und entsprechend als ersten, zweiten oder dritten Grades klassifiziert werden können. Die Tiefe der Läsionen hängt von der Säurekonzentration und der Kontaktdauer ab. Einatmen von Dämpfen führt zu folgenden Symptomen: Nasensekret, Niesen, Brennen im Rachen und retrosternalen Bereich; darauf folgen Husten, Atemnot, manchmal begleitet von Stimmbandkrämpfen, und ein brennendes Gefühl in den Augen mit Tränenfluss und konjunktivaler Kongestion. Hohe Konzentrationen können blutiges Nasensekret und Auswurf, Hämatemesis, Gastritis usw. verursachen. Zahnläsionen sind häufig; sie betreffen hauptsächlich die Schneidezähne und zeigen sich als braune Verfärbung, Schmelzstreifen, Karies und schnelle und schmerzlose Zerstörung der Zahnkrone.
Berufsbedingte Exposition gegenüber starken Nebeln anorganischer Säuren, wie z. B. Schwefelsäurenebel, wurde von der International Agency for Research on Cancer (IARC) als krebserregend für den Menschen eingestuft.
Verätzungen sind die häufigsten Verletzungen bei Arbeitern in der Schwefelsäureproduktion. Konzentrierte Lösungen verursachen tiefe Verbrennungen der Schleimhäute und der Haut; Zunächst wird die Kontaktzone mit der Säure gebleicht und braun, bevor sich ein klar definiertes Geschwür auf hellrotem Hintergrund bildet. Diese Wunden heilen lange und können häufig eine ausgedehnte Narbenbildung verursachen, die zu einer funktionellen Hemmung führt. Wenn die Verbrennung ausreichend groß ist, kann das Ergebnis tödlich sein. Wiederholter Hautkontakt mit niedrigen Säurekonzentrationen verursacht Hautaustrocknung und Geschwürbildung an den Händen sowie Panaris oder chronische eitrige Entzündung um die Nägel. Säurespritzer in die Augen können besonders schwerwiegende Folgen haben: tiefe Hornhautgeschwüre, Keratokonjunktivitis und Lidläsionen mit schweren Folgeschäden.
Die allgemeine toxische Wirkung von Schwefelsäure verursacht eine Alkaliverarmung des Körpers (dh eine Azidose, die das Nervensystem beeinträchtigt und Erregung, zögerlichen Gang und allgemeine Schwäche hervorruft).
Sicherheits- und Gesundheitsmaßnahmen. Die wirksamsten Maßnahmen sind die vollständige Einhausung von Prozessen und die Mechanisierung von Handhabungsverfahren, um jeden persönlichen Kontakt mit Schwefelsäure zu verhindern. Besondere Aufmerksamkeit sollte der Säurelagerung, den Handhabungs- und Anwendungsverfahren, der Belüftung und Beleuchtung von Arbeitsplätzen, der Wartung und guten Haushaltsführung sowie der persönlichen Schutzausrüstung gewidmet werden. Zusätzlich zu den oben angegebenen allgemeinen Vorsichtsmaßnahmen sollte Schwefelsäure wegen der damit verbundenen Brand- und Explosionsgefahr nicht in der Nähe von Chromaten, Chloraten oder ähnlichen Substanzen gelagert werden.
Feuer und Explosion. Schwefelsäure und Oleum sind per se nicht brennbar. Sie reagieren jedoch heftig mit zahlreichen Substanzen, insbesondere organischen Materialien, wobei ausreichend Wärme freigesetzt wird, um ein Feuer oder eine Explosion zu erzeugen; außerdem kann der bei der Reaktion mit Metallen freigesetzte Wasserstoff mit Luft ein explosionsfähiges Gemisch bilden.
Katalysatoren. Wenn im Kontaktverfahren ein Vanadiumkatalysator verwendet wird, sollten die Arbeiter vor der Exposition gegenüber Emissionen von Ammoniumvanadat oder Vanadiumpentoxid geschützt werden, die auf einem Diatomit- oder Kieselgelträger verwendet werden.
Anorganische Säuren, Tabellen
Tabelle 1 - Chemische Informationen.
Tabelle 2 - Gesundheitsrisiken.
Tabelle 3 - Physikalische und chemische Gefahren.
Tabelle 4 - Physikalische und chemische Eigenschaften.