Qual è la connessione tra acido solforico e acqua?
Un metodo per preparare l'acido solforico è idratare una molecola di triossido di zolfo (SO 3 ) con una molecola di acqua (H 2 O). La reazione è SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 . Chiaramente, l'acido solforico ha una stretta connessione con l'acqua; inoltre, è completamente solubile in acqua. La combinazione di acido solforico concentrato con acqua è potenzialmente pericolosa in quanto la reazione può essere violenta. Questo perché le due sostanze interagiscono - non solo attraverso uno o due meccanismi - ma attraverso una serie di meccanismi, ciascuno dei quali si aggiunge in modo incrementale al rilascio totale di energia.
L'acido solforico puro non è solo polare; può effettivamente ionizzarsi attraverso il trasferimento di protoni, un processo noto come "auto-protolisi". Questa reazione di ionizzazione è scritta 2 H 2 SO 4 → [H 3 SO 4 ] + [HSO 4 ] - . Questo fenomeno facilita la formazione di legami idrogeno da parte dell'acido solforico e dell'acqua. In tal modo, l'energia sotto forma di calore entra nel sistema circostante.
Ovunque siano disponibili atomi di idrogeno, azoto, ossigeno e fluoro per farlo, possono formarsi legami deboli chiamati "legami idrogeno". Nel caso dell'acido solforico, uno o due ioni idrogeno possono lasciare l'acido per associarsi a molecole d'acqua vicine. Tali ioni "idronio" caricati positivamente (H 3 O + ) si formano prontamente perché gli atomi di ossigeno delle molecole d'acqua offrono ambienti ricchi di elettroni a cui sono attratti gli ioni idrogeno. La geometria di uno ione idronio è più simmetrica di una molecola d'acqua. Ciò consente una distribuzione uniforme della carica, aumentando il rilascio di energia nel sistema quando si combinano acido solforico e acqua.
Ancora un altro rilascio di energia aiutato dalla simmetria è la formazione dell'anione solfato doppiamente caricato (SO 4 -2 ). I due elettroni liberi possono prendere residenza su uno dei quattro atomi di ossigeno. Simili cariche si respingono a vicenda e quindi rilasciano energia al sistema se riescono a sfuggire alle regioni esterne dello ione; è chiaro che questa azione libera energia poiché il contrario - unendo simili cariche - prende energia. Le elevate costanti dielettriche di acido solforico e acqua consentono un elevato grado di protezione della carica quando vengono combinate. Aggiungete a questa ulteriore stabilizzazione resa possibile da ulteriori strati d'acqua che circondano lo strato più interno legato all'idrogeno.
Per i motivi di cui sopra, è necessario prestare attenzione quando si combinano acido solforico concentrato e acqua. L'acido dovrebbe essere aggiunto gradualmente all'acqua da mescolare, piuttosto che viceversa. Ciò impedisce un eccessivo rilascio di calore, portando a un'ebollizione improvvisa con la violenta espulsione di acido sulla pelle o negli occhi. La combinazione di acido solforico e acqua viene applicata nella produzione di fertilizzanti, nella produzione di acciaio, nello sbiancamento della polpa di Kraft e nelle batterie per autoveicoli.