Hvad er forbindelsen mellem svovlsyre og vand?
En metode til fremstilling af svovlsyre er ved hydrering af et molekyle svovltrioxid (SO 3 ) med et molekyle vand (H20). Reaktionen er SO 3 + H20 → H2S04. Det er klart, at svovlsyre har en tæt forbindelse til vand; derudover er det helt opløseligt i vand. Det er potentielt farligt at kombinere koncentreret svovlsyre med vand, da reaktionen kan være voldsom. Dette skyldes, at de to stoffer interagerer - ikke kun gennem en eller to mekanismer - men gennem en række mekanismer, der hver tilføjer trinvis til den samlede energiudslip.
Ren svovlsyre er ikke kun polær; det kan faktisk ionisere sig selv gennem protonoverførsel, en proces, der kaldes "auto-protolyse." Denne ioniseringsreaktion er skrevet 2 H 2 SO 4 → [H 3 SO 4 ] + [HSO 4 ] - . Dette fænomen gør det lettere for svovlsyre og vand at danne brintbindinger. Dermed kommer energi i form af varme ind i det omgivende system.
Hvor der er brint, nitrogen, ilt og fluoratomer til rådighed for at gøre det, kan der dannes svage bindinger kaldet "brintbindinger". I tilfælde af svovlsyre kan en eller to hydrogenioner lade syren blive knyttet til nærliggende molekyler af vand. Sådanne positivt ladede "hydronium" -ioner (H3O + ) dannes let, fordi iltatomerne i vandmolekyler tilbyder elektroniske miljøer, hvortil hydrogenioner trækkes. Geometrien af en hydroniumion er mere symmetrisk end et vandmolekyle. Dette muliggør ensartet ladningsfordeling, hvilket øger frigivelsen af energi i systemet, når svovlsyre og vand kombineres.
Endnu en energiudgivelse hjulpet af symmetri er dannelsen af den dobbelt ladede sulfatanion (SO 4 -2 ). De to frie elektroner kan tage ophold på et hvilket som helst af de fire oxygenatomer. Ligesom ladninger frastøder hinanden og frigiver således energi til systemet, hvis de kan flygte til ionens ydre områder; det er tydeligt, at denne handling frigiver energi, da det omvendte - samler lignende afgifter - tager energi. De høje dielektriske konstanter af svovlsyre og vand muliggør en høj grad af ladningsafskærmning, når de kombineres. Føj til denne yderligere stabilisering aktiveret af yderligere lag vand vand, der omgiver det inderste brintbundne lag.
Af ovennævnte grunde skal der udvises omhu, når man kombinerer koncentreret svovlsyre og vand. Syren skal tilsættes gradvist til vand, der omrøres, snarere end omvendt. Dette forhindrer overdreven frigivelse af varme, hvilket fører til pludselig kogning med voldsom udstødning af syre enten på huden eller i øjnene. Kombinationen af svovlsyre og vand anvendes til fremstilling af gødning, produktion af stål, blegning af Kraft-papirmasse og i bilbatterier.