Wat is rokend zwavelzuur?
Rokend zwavelzuur, meestal oleum genoemd, wordt gemaakt door zwaveltrioxide (SO 3 ) op te lossen in geconcentreerd zwavelzuur (H2SO4). Dit resulteert in een mengsel van verbindingen, waaronder zwavelzuur, zwavelzuur (H2S207) en vrij zwaveltrioxide. Omdat het vluchtig is, zorgt zwaveltrioxide ervoor dat het zuur rookt terwijl het vocht uit de lucht absorbeert, waardoor een wolk van kleine zwavelzuurdruppeltjes ontstaat. Fuming zwavelzuur wordt geproduceerd door het normale industriële proces dat wordt gebruikt om zwavelzuur te maken, en het meeste wordt omgezet in deze chemische stof. Een relatief klein deel blijft echter bewaard als oleum en wordt gebruikt bij de vervaardiging van explosieven, drugs en kleurstoffen.
Het industriële proces dat wordt gebruikt om zwavelzuur te produceren, begint met het oxideren van zwaveldioxide (SO 2 ) tot zwaveltrioxide; deze stof kan reageren met water (H 2 O) om zwavelzuur op te leveren. Deze reactie is echter te gewelddadig om gemakkelijk te kunnen worden geregeld en daarom wordt zwaveltrioxide in plaats daarvan opgelost in bestaand geconcentreerd zwavelzuur om oleum - rokend zwavelzuur te vormen. Het grootste deel hiervan wordt vervolgens omgezet in zwavelzuur door het voorzichtig toe te voegen aan het juiste volume water. Zolang het oleum aan het water wordt toegevoegd in plaats van omgekeerd, is de reactie, hoewel exotherm, beheersbaar. Het resterende oleum kan voor ander industrieel gebruik worden gebruikt.
Oleum is verkrijgbaar in verschillende kwaliteiten, afhankelijk van de hoeveelheid opgelost zwaveltrioxide. Containers geven de kwaliteit aan door het aandeel vrij zwaveltrioxide te vermelden - bijvoorbeeld 20%, 30% of 65%. Oleum is normaal een olieachtige, rokende vloeistof, maar sommige vormen zijn vast bij kamertemperatuur.
Zwaveltrioxide reageert met zwavelzuur en produceert zwavelzuur, ook wel pyrosulfuurzuur genoemd: SO 3 + H 2 SO 4 → H 2 S 2 O 7 . Zuiver disulfuurzuur is vast bij kamertemperatuur, maar wordt zelden industrieel of in het laboratorium gebruikt. In oleum bestaat het naast zwavelzuur, vrij zwaveltrioxide en mogelijk wat meer complexe moleculen.
Rokend zwavelzuur is een nog krachtiger dehydratatiemiddel dan zwavelzuur. Het reageert zeer heftig met water, waarbij veel warmte en zure spray vrijkomt, tenzij het langzaam aan het water wordt toegevoegd. Net als zwavelzuur verwijdert het water uit koolhydraten, waardoor koolstof achterblijft, zodat het papier, hout en vele andere organische materialen achterlaat. Bij deze reactie komt zoveel warmte vrij dat het verbranding kan veroorzaken.
Een belangrijke toepassing van rokend zwavelzuur is bij nitreringsreacties. Het wordt gemengd met salpeterzuur om nitronium (NO 2 + ) ionen te produceren die nitro (NO 2 ) groepen toevoegen aan organische verbindingen. Voor veel van deze reacties is het essentieel dat er geen water aanwezig is. Dit wordt meestal bereikt door commercieel - 68,5% - salpeterzuur te mengen met rokend zwavelzuur zodat dit al het water absorbeert. Nitratiereacties zijn belangrijk bij de productie van explosieven en kleurstoffen.
Oleum wordt ook gebruikt als een sulfoneringsmiddel in de organische chemie. Dit betekent dat het een sulfonzuurgroep (SO3H) aan een organische verbinding kan toevoegen. Gesulfoneerde verbindingen omvatten belangrijke geneesmiddelen zoals sulfonamiden evenals wasmiddelen en kleurstoffen.
Vanwege zijn dehydraterende eigenschappen, heftige reactie met water en vluchtigheid is rokend zwavelzuur een zeer gevaarlijke chemische stof om mee te werken. Het veroorzaakt ernstige brandwonden bij huidcontact en inademing van de dampen kan ernstige schade aan de luchtwegen veroorzaken. In laboratoria worden experimenten met rokend zwavelzuur normaal uitgevoerd in een zuurkast.