Quelle est la connexion entre l'acide sulfurique et l'eau?

Une méthode de préparation de l'acide sulfurique consiste à hydrater une molécule de trioxyde de soufre (donc _{3 ) avec une molécule d'eau (H 3 + h 2 o → h 2 SO 4 . De toute évidence, l'acide sulfurique a une connexion étroite avec l'eau; De plus, il est complètement soluble dans l'eau. La combinaison de l'acide sulfurique concentré avec de l'eau est potentiellement dangereuse car la réaction peut être violente. En effet, les deux substances interagissent - non pas par un seul ou deux mécanismes - mais à travers une multitude de mécanismes, chacun ajoutant progressivement à la libération totale d'énergie.}

L'acide sulfurique pur n'est pas seulement polaire; Il peut en fait s'ioniser à travers le transfert de protons, un processus appelé «auto-protolyse». Cette réaction d'ionisation est écrite 2 H 2 SO _{4 → [h 3 SO 4 ] + [HSO 4 ]}

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. Ce phénomène permet à l'acide sulfurique et à l'eau de former l'hydrogèneobligations. Ce faisant, l'énergie sous forme de chaleur pénètre dans le système environnant.

Partout où il y a des atomes d'hydrogène, d'azote, d'oxygène et de fluor disponibles pour le faire, des liaisons faibles appelées "liaisons hydrogène" peuvent se former. Dans le cas de l'acide sulfurique, un ou deux ions hydrogène peuvent laisser l'acide s'associer aux molécules d'eau voisines. Ces ions "hydronium" chargés positivement (h _{3 o}

+ ) se forment facilement parce que les atomes d'oxygène des molécules d'eau offrent des environnements riches en électrons auxquels les ions hydrogène sont dessinés. La géométrie d'un ion hydronium est plus symétrique qu'une molécule d'eau. Cela permet une distribution de charge uniforme, ajoutant à la libération de l'énergie dans le système lorsque l'acide sulfurique et l'eau sont combinés.

Encore une autre libération d'énergie aidée par symétrie est la formation de l'anion sulfate doublement chargé (donc ₄

-2 ). Les deux électrons libresPeut occuper une résidence sur l'un des quatre atomes d'oxygène. Comme les charges se repoussent et relâchent ainsi l'énergie au système si elles peuvent s'échapper vers les régions extérieures de l'ion; Il est clair que cette action libère l'énergie comme inverse - rassembler des charges comme - prend de l'énergie. Les constantes diélectriques élevées de l'acide sulfurique et de l'eau permettent un degré élevé de protection de charge lorsqu'ils sont combinés. Ajouter à cette stabilisation supplémentaire activée par des couches supplémentaires d'eau entourant la couche la plus intérieure d'hydrogène.

Pour les raisons ci-dessus, des soins doivent être exercés lors de la combinaison de l'acide sulfurique concentré et de l'eau. L'acide doit être ajouté progressivement à l'eau agitée, plutôt qu'à l'inverse. Cela empêche un libération de chaleur excessive, conduisant à une bouillir soudaine avec l'éjection violente de l'acide sur la peau ou dans les yeux. La combinaison d'acide sulfurique et d'eau est appliquée dans la fabrication d'engrais, la production d'acier, le bariChing de la pâte Kraft et dans les batteries automobiles.