¿Cuál es la conexión entre el ácido sulfúrico y el agua?
Un método para preparar 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 tiene una estrecha conexión con el agua; Además, es completamente soluble en agua. La combinación de ácido sulfúrico concentrado con agua es potencialmente peligroso 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 a través de una serie de mecanismos, cada uno de los cuales se agrega gradualmente a la liberación total de energía.
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 enlaces de hidrógeno. Al hacerlo, la energía en forma de calor ingresa al sistema circundante.
Donde haya átomos de hidrógeno, nitrógeno, oxígeno y flúor disponibles para hacerlo, se pueden formar 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 ambientes ricos en electrones a los que se atraen los iones de hidrógeno. La geometría de un ion hidronio es más simétrica que una molécula de agua. Esto permite una distribución uniforme de la carga, lo que aumenta la liberación de energía en el sistema cuando se combinan el ácido sulfúrico y el agua.
Otra liberación de energía ayudada por la simetría es la formación del anión sulfato doblemente cargado (SO 4 -2 ). Los dos electrones libres pueden residir en cualquiera de los cuatro átomos de oxígeno. Las cargas similares 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, ya que lo contrario, al reunir cargas similares, toma energía. Las altas constantes dieléctricas del ácido sulfúrico y el agua permiten un alto grado de protección de carga cuando se combinan. Agregue a esto una mayor estabilización 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 una ebullición repentina con la expulsión violenta de ácido sobre la piel o los ojos. La combinación de ácido sulfúrico y agua se aplica en la fabricación de fertilizantes, la producción de acero, el blanqueo de la pulpa Kraft y en las baterías de automóviles.