Wat is het verband tussen zwavelzuur en water?

Een methode voor het bereiden van zwavelzuur is door een molecuul zwaveltrioxide (SO ₃ ) te hydrateren met een watermolecuul (H ₂ o). De reactie is zo ₃ + H ₂ o → H ₂ dus ₄ . Het is duidelijk dat zwavelzuur een nauwe verbinding met water draagt; Bovendien is het volledig oplosbaar in water. Het combineren van geconcentreerd zwavelzuur met water is potentieel gevaarlijk omdat de reactie gewelddadig kan zijn. Dit komt omdat de twee stoffen op elkaar inwerken - niet door slechts één of twee mechanismen - maar door een groot aantal mechanismen, elk incrementeel toevoegen aan de totale energieafgifte.

Zuiver zwavelzuur is niet alleen polair; Het kan zichzelf daadwerkelijk ioniseren door protonenoverdracht, een proces dat bekend staat als 'auto-protolyse'. Deze ionisatiereactie is geschreven 2 H ₂ dus ₄ → [H ₃ So ₄ ] ⁺ [HSO ₄ ] ^-. Dit fenomeen maakt het gemakkelijker voor zwavelzuur en water om waterstof te vormenobligaties. Daarbij komt energie in de vorm van warmte het omliggende systeem binnen.

Overal waar waterstof-, stikstof-, zuurstof- en fluoratomen beschikbaar zijn om dit te doen, kunnen zwakke bindingen "waterstofbruggen" vormen. In het geval van zwavelzuur kunnen een of twee waterstofionen het zuur laten worden geassocieerd met nabijgelegen watermoleculen. Dergelijke positief geladen "hydronium" -ionen (H ₃ o ⁺) vormen zich gemakkelijk omdat de zuurstofatomen van watermoleculen elektronenrijke omgevingen bieden waartoe waterstofionen worden getrokken. De geometrie van een hydroniumion is meer symmetrisch dan een watermolecuul. Dit maakt uniforme ladingsverdeling mogelijk, wat bijdraagt ​​aan het vrijgeven van energie in het systeem wanneer zwavelzuur en water worden gecombineerd.

Nog een andere energie-release geholpen door symmetrie is de vorming van het dubbel geladen sulfaatanion (dus ₄ -2 ). De twee gratis elektronenkan een residentie nemen op een van de vier zuurstofatomen. Zoals ladingen elkaar afstoten en dus energie aan het systeem vrijgeven als ze kunnen ontsnappen naar de buitenste gebieden van het ion; Het is duidelijk dat deze actie energie vrijgeeft als het omgekeerde - als samen ladingen samenbrengt - energie kost. De hoge diëlektrische constanten van zwavelzuur en water maken een hoge mate van ladingscherming mogelijk wanneer ze worden gecombineerd. Voeg aan deze verdere stabilisatie mogelijk gemaakt door extra lagen water rond de binnenste waterstofgebonden laag.

Om de bovengenoemde redenen moet zorg worden uitgeoefend bij het combineren van geconcentreerd zwavelzuur en water. Het zuur moet geleidelijk worden toegevoegd aan water dat wordt geroerd, in plaats van andersom. Dit voorkomt overmatige warmteafgifte, wat leidt tot plotseling koken met de gewelddadige uitwerping van zuur op de huid of in de ogen. De combinatie van zwavelzuur en water wordt toegepast bij de productie van meststoffen, de productie van staal, de BLAching van kraftpulp en in autobatterijen.