Vilka är effekterna av svavelsyra på metall?

Effekterna av svavelsyra på metall beror på ett antal faktorer, inklusive typen av metall, koncentrationen av syran och temperaturen. Utspädd svavelsyra kommer i teorin att reagera med vilken metall som helst som ligger ovanför väte i reaktivitetsserien genom att ersätta väte från syran, frigöra den som en gas och bilda metallens sulfatsalt. Metallerna som ingår i denna kategori inkluderar alkalimetaller, såsom natrium och kalium, och alkaliska jordartsmetaller, som magnesium och kalcium, såväl som många andra vanliga metaller, såsom järn, nickel och zink. Eftersom väte har mycket låg löslighet i vatten och syror kommer det att producera bubblor; det resulterande brusandet är större med de mer reaktiva metallerna. Utspädd svavelsyra (H2SO4) och magnesium, till exempel, kommer att reagera kraftigt: Mg + H2SO4 -> MgSO4 + H2.

I praktiken kommer inte alla dessa metaller att reagera med svavelsyra under normala omständigheter. Även om de rena metallerna kommer att reagera, får vissa grundämnen, när de utsätts för luft, snabbt ett lager av oxid. Effekterna av denna syra på metalloxider varierar, men i vissa fall är oxidskiktet kemiskt mycket inert och kommer att förhindra att någon reaktion äger rum. Till exempel, även om titan ligger över väte i reaktivitetsserien, har det normalt en tunn beläggning av titandioxid som gör det oreaktivt mot svavelsyra och de flesta andra syror. Aluminium bildar också ett skyddande oxidskikt; svavelsyra och aluminium kommer dock att reagera efter viss fördröjning för att producera vätgas och aluminiumsulfat.

En annan faktor som kan påverka kombinationen är lösligheten av saltet, eller metallsulfatet, som bildas av reaktionen. Vissa metallsulfater – till exempel de av järn, zink och aluminium – är mycket lösliga i vatten eller syror medan andra – som sulfater av kalcium och barium – inte är det. När sulfatet har låg löslighet kommer reaktionen snabbt att sakta ner eller stoppas eftersom ett skyddande lager av sulfat byggs upp runt metallen.

Ren svavelsyra reagerar inte med metaller för att producera väte, eftersom närvaron av vatten krävs för att denna reaktion ska kunna ske. Den koncentrerade svavelsyran som används i laboratorier är normalt 98 % syra och 2 % vatten; den lilla mängden vatten som finns gör att dessa reaktioner kan fortgå i vissa fall, om än långsamt. Om en mer utspädd lösning används är reaktionen mycket snabbare. Rostfritt stål, vid låga temperaturer, korroderas inte nämnvärt av syran vid koncentrationer över cirka 98 %. På industrianläggningar förvaras det ibland i ståltankar; korrosion är dock snabb om vattenhalten är högre.

Effekten av svavelsyra på metallelement som ligger under väte i reaktivitetsserien är annorlunda, eftersom de inte kan tränga undan väte från syran. Dessa metaller inkluderar koppar, kvicksilver, silver, guld och platina. De kommer inte att reagera med utspädd svavelsyra eller med den koncentrerade syran vid rumstemperatur.

Koncentrerad svavelsyra fungerar dock som ett oxidationsmedel när den är varm och den reagerar med koppar, kvicksilver och silver. I fallet med koppar sker till exempel följande reaktion: Cu + 2H2SO4 -> CuSO4 + SO2 + 2H2O. Guld och platina kommer inte att reagera med svavelsyra alls.