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硫酸的腐蚀性是通过古代炼丹实践、日常材料接触反应观察以及现代科学实验分析逐步被发现的,具体过程如下:
一、古代炼丹实践中的初步发现
中国炼丹家的发现:在唐代(公元7世纪),炼丹家孤刚子通过干馏石胆(五水硫酸铜,CuSO?·5H?O)制备硫酸。他发现生成的绿色液体(硫酸)具有强腐蚀性,能轻松除去兵器上的铁锈。这一实践表明,古人已通过实验观察到硫酸对金属的破坏作用。
阿拉伯炼金术士的贡献:8世纪左右,阿拉伯炼金术士通过煅烧硫磺和硝石(KNO?)制备硫酸,进一步验证了其腐蚀性。他们发现硫酸能腐蚀多种物质,包括金属和有机物,为后续研究奠定了基础。
二、日常材料接触中的直观反应
对金属的腐蚀:稀硫酸与铁反应生成可溶性硫酸亚铁和氢气,反应持续进行导致金属逐渐溶解。浓硫酸在常温下能使铁、铝等金属表面形成致密氧化膜(钝化),延缓进一步反应,但高温下会与金属发生剧烈反应,生成硫酸盐、二氧化硫和水等物质。
对有机物的破坏:浓硫酸滴在纸上、小木棍上或布上时,这些物质会逐渐变黑,这是因为硫酸把其中的氢元素和氧元素以水的形式脱去了,只留下了碳元素,所以呈现出黑色。这种脱水性使得硫酸能够破坏许多有机物质的结构,从而对它们造成腐蚀。
三、科学实验中的系统分析
浓度与温度的影响:通过实验发现,硫酸的腐蚀性受浓度和温度影响显著。稀硫酸腐蚀性相对较弱,主要腐蚀活泼金属;浓硫酸腐蚀性强烈,能腐蚀多种金属和非金属物质。温度升高会加速硫酸的腐蚀反应,如高温下浓硫酸与金属的反应速率显著上升。
材料选择实验:针对不同浓度和温度的硫酸,开发了多种耐蚀材料。例如,碳钢适用于室温浓度大于70%的硫酸;铅对浓度低于70%的硫酸有良好耐蚀性;高硅铸铁适用于各种浓度和沸点以下温度的硫酸。这些实验验证了硫酸对不同材料的腐蚀特性。