Wat is het verband tussen zwavelzuur en waterstofperoxide?
Zwavelzuur en waterstofperoxide behoren tot de meest gebruikte chemicaliën, zowel industrieel als in het laboratorium. Ze zijn op verschillende manieren met elkaar verbonden. Twee werkwijzen voor de vervaardiging van waterstofperoxide omvatten het gebruik van zwavelzuur, hoewel deze grotendeels zijn vervangen. Verschillende bekende laboratoriumexperimenten en demonstraties die deel uitmaken van veel schoolcurricula vereisen deze twee verbindingen. Bovendien produceert het mengen van zwavelzuur en waterstofperoxide een zeer corrosieve oplossing met een verscheidenheid aan toepassingen in de halfgeleider-, papier- en mijnindustrie.
Waterstofperoxide werd oorspronkelijk geproduceerd door bariumperoxide aan te zuren met zoutzuur. Bariumchloride, dat ook door deze reactie wordt gevormd, werd verwijderd door toevoeging van zwavelzuur; ze reageren om een onoplosbaar neerslag van bariumsulfaat te produceren. Een volgende methode omvatte de hydrolyse van peroxydisulfuurzuur, geproduceerd door de elektrolyse van zwavelzuur. Tegenwoordig wordt echter bijna alle waterstofperoxide gemaakt door het anthraquinon-proces, een meer economische procedure waarbij geen zwavelzuur betrokken is.
De reactie van zwavelzuur en waterstofperoxide produceert een waterige oplossing van peroxymonosulfuric acid (H 2 SO 5 ): H 2 SO 4 + H 2 O 2 → H 2 SO 5 + H 2 O. Dit wordt ook wel "piranha-oplossing" genoemd vanwege zijn corrosiviteit: het vernietigt snel de meeste organische materialen. Een andere naam ervoor is Caro's zuur, naar de Duitse chemicus Heinrich Caro, die het zuur voor het eerst produceerde. Zuiver peroxymonosulfuurzuur - een kristallijne vaste stof bij kamertemperatuur - wordt op een andere manier bereid, maar het zuur wordt in het algemeen als een waterige oplossing gebruikt. Piranha-oplossing wordt meestal bereid uit geconcentreerd zwavelzuur en 30% waterstofperoxide; de verhoudingen kunnen variëren afhankelijk van gebruik, maar een 3: 1 verhouding van zwavelzuur tot waterstofperoxide is een gebruikelijke formulering.
Dit zuur heeft een aantal toepassingen, maar moet zeer zorgvuldig worden bereid en gehanteerd. Het is een krachtig oxidatiemiddel en is bijzonder nuttig voor het verwijderen van organische resten. Om deze reden wordt het soms gebruikt voor het reinigen van glaswerk en andere laboratoriumapparatuur. Caro's zuur wordt ook veel gebruikt in de halfgeleiderindustrie als etsmiddel en om ervoor te zorgen dat siliciumwafels en andere delicate elektronische componenten vrij zijn van organische verontreinigingen. Andere toepassingen zijn in de mijnindustrie - voor het scheiden van metalen en ertsen en het ontbinden van giftige cyanideverbindingen uit afvalwater - en in de papierindustrie - voor het delignificeren en bleken van houtpulp.
Zwavelzuur kan worden geproduceerd door de reactie van waterstofperoxide en zwaveldioxide: H 2 O 2 + SO 2 → H 2 SO 4 . Deze methode wordt niet commercieel gebruikt; de reactie kan echter plaatsvinden in de atmosfeer - waar zowel zwavelzuur als waterstofperoxide in kleine hoeveelheden worden gevonden - wat bijdraagt aan zure regen. Waterstofperoxide kan zich op natuurlijke wijze vormen door fotochemische reacties. Zwaveldioxide wordt geproduceerd door het verbranden van zwavelhoudende fossiele brandstoffen en natuurlijk door vulkanische activiteit. Hoewel waterstofperoxide niet vereist is voor de vorming van zure regen uit zwaveldioxide, verloopt de peroxidereactie veel sneller.