Jaké je spojení mezi kyselinou sírovou a vodou?
Jedním způsobem přípravy kyseliny sírové je hydratace molekuly oxidu sírového (S03) molekulou vody (H20). Reakcí je S03 + H20 → H2S04. Je jasné, že kyselina sírová úzce souvisí s vodou; navíc je zcela rozpustný ve vodě. Kombinace koncentrované kyseliny sírové s vodou je potenciálně nebezpečná, protože reakce může být prudká. Je tomu tak proto, že tyto dvě látky interagují - nejen prostřednictvím jednoho nebo dvou mechanismů -, ale prostřednictvím řady mechanismů, přičemž každá z nich postupně zvyšuje celkové uvolňování energie.
Čistá kyselina sírová není jen polární; ve skutečnosti se může ionizovat prostřednictvím přenosu protonů, což je proces známý jako „autoprotolýza“. Tato ionizační reakce je zapsána 2 H2SO4- [H3SO4] + [HSO4] - . Tento jev usnadňuje vodíkové vazby pro kyselinu sírovou a vodu. Tímto způsobem energie ve formě tepla vstupuje do okolního systému.
Kdekoli jsou k dispozici atomy vodíku, dusíku, kyslíku a fluoru, mohou se tvořit slabé vazby nazývané „vodíkové vazby“. V případě kyseliny sírové může jeden nebo dva vodíkové ionty opustit kyselinu, aby se spojila s blízkými molekulami vody. Takové kladně nabité "hydroniové" ionty (H30 + ) se snadno tvoří, protože atomy kyslíku molekul vody nabízejí prostředí bohatá na elektrony, do nichž jsou vodíkové ionty přitahovány. Geometrie hydroniového iontu je symetričtější než molekula vody. To umožňuje rovnoměrné rozdělení náboje, což přispívá k uvolňování energie do systému, když se kombinuje kyselina sírová a voda.
Ještě dalším uvolňováním energie podporovaným symetrií je tvorba dvojnásobně nabitého síranového aniontu (S04-2). Dva volné elektrony se mohou usadit na kterémkoli ze čtyř atomů kyslíku. Stejně jako náboje se odpuzují, a tak uvolňují energii do systému, pokud mohou uniknout do vnějších oblastí iontu; je zřejmé, že tato akce uvolňuje energii, protože zpětný tok - spojující stejné poplatky - přijímá energii. Vysoké dielektrické konstanty kyseliny sírové a vody umožňují vysoký stupeň ochrany náboje, pokud jsou kombinovány. K této další stabilizaci přidejte další vrstvy vody obklopující nejvnitřnější vodíkovou vrstvu.
Z výše uvedených důvodů je třeba při kombinování koncentrované kyseliny sírové a vody postupovat opatrně. Kyselina by se měla přidávat postupně do míchané vody, nikoli naopak. Tím se zabraňuje nadměrnému uvolňování tepla, což vede k náhlému varu s prudkým vypuštěním kyseliny na kůži nebo do očí. Kombinace kyseliny sírové a vody se používá při výrobě hnojiv, výrobě oceli, bělení buničiny Kraft a v automobilových bateriích.