¿Cuál es la conexión entre el ácido sulfúrico y el agua?

Un método para preparar el ácido sulfúrico es hidratando una molécula de trióxido de azufre (SO ₃ ) con una molécula de agua (h ₂ O). La reacción es SO ₃ + H ₂ O → H ₂ SO ₄ . Claramente, el ácido sulfúrico lleva una conexión cercana al agua; Además, es completamente soluble en agua. La combinación de ácido sulfúrico concentrado con agua es potencialmente peligrosa ya que la reacción puede ser violenta. Esto se debe a que las dos sustancias interactúan, no solo a través de uno o dos mecanismos, sino que a través de una serie de mecanismos, cada una agregando incrementalmente a la liberación de energía total.

El ácido sulfúrico puro no es solo polar; En realidad, puede ionizarse a través de la transferencia de protones, un proceso conocido como "auto-protólisis". Esta reacción de ionización se escribe 2 h ₂ SO ₄ → [H ₃ SO ₄ ] ^{+ [HSO ₄ ] -. Este fenómeno facilita que el ácido sulfúrico y el agua formen hidrógenocautiverio. Al hacerlo, la energía en forma de calor entra en el sistema circundante.}

Donde sea que hay átomos de hidrógeno, nitrógeno, oxígeno y flúor disponibles para hacerlo, pueden formarse enlaces débiles llamados "enlaces de hidrógeno". En el caso del ácido sulfúrico, uno o dos iones de hidrógeno pueden dejar que el ácido se asocie con moléculas de agua cercanas. Tales iones de "hidronio" cargados positivamente (H ₃ o +) se forman fácilmente porque los átomos de oxígeno de las moléculas de agua ofrecen entornos ricos en electrones a los que se dibujan iones de hidrógeno. La geometría de un ion hidronio es más simétrica que una molécula de agua. Esto permite una distribución de carga uniforme, que se suma a la liberación de energía al sistema cuando se combinan el ácido sulfúrico y el agua.

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Otra liberación de energía asistida por simetría es la formación del anión de sulfato doblemente cargado (así ₄ -2 ). Los dos electrones libresPuede establecer residencia en cualquiera de los cuatro átomos de oxígeno. Al igual que las cargas se repelen entre sí y, por lo tanto, liberan energía al sistema si pueden escapar a las regiones externas del ion; Está claro que esta acción libera energía a medida que el reverso, que reúne las cargas, requiere energía. Las altas constantes dieléctricas del ácido sulfúrico y el agua permiten un alto grado de blindaje de carga cuando se combinan. Agregue a esta estabilización adicional habilitada por capas adicionales de agua que rodean la capa más interna unida por hidrógeno.

Por las razones anteriores, se debe tener cuidado al combinar ácido sulfúrico concentrado y agua. El ácido debe agregarse gradualmente al agua que se agita, en lugar de al revés. Esto evita la liberación excesiva de calor, lo que lleva a la ebullición repentina con la expulsión violenta de ácido, ya sea en la piel o en los ojos. La combinación de ácido sulfúrico y agua se aplica en la fabricación de fertilizantes, la producción de acero, el bleaChing de Kraft Pulp y en baterías automotrices.