Hva er forbindelsen mellom svovelsyre og vann?
En metode for å fremstille svovelsyre er ved å hydratisere et molekyl med svoveltrioksyd (SO 3 ) med et molekyl med vann (H20). Reaksjonen er SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 . Det er tydelig at svovelsyre har en nær forbindelse til vann; i tillegg er den fullstendig løselig i vann. Å kombinere konsentrert svovelsyre med vann er potensielt farlig da reaksjonen kan være voldsom. Dette er fordi de to stoffene samvirker - ikke bare gjennom en eller to mekanismer - men gjennom en rekke mekanismer, som hver gir trinnvis til den totale energiffrigjøringen.
Ren svovelsyre er ikke bare polar; den kan faktisk ionisere seg selv gjennom protonoverføring, en prosess kjent som "auto-protolyse." Denne ioniseringsreaksjonen er skrevet 2 H 2 SO 4 → [H 3 SO 4 ] + [HSO 4 ] - . Dette fenomenet gjør det lettere for svovelsyre og vann å danne hydrogenbindinger. Dermed kommer energi i form av varme inn i det omkringliggende systemet.
Uansett hvor det er hydrogen, nitrogen, oksygen og fluoratomer tilgjengelige for å gjøre det, kan det dannes svake bindinger kalt "hydrogenbindinger". Når det gjelder svovelsyre, kan en eller to hydrogenioner la syren bli assosiert med nærliggende molekyler av vann. Slike positivt ladede "hydronium" -ioner (H3O + ) dannes lett fordi oksygenatomer i vannmolekyler tilbyr elektroniske omgivelser som hydrogenioner trekkes til. Geometrien til et hydroniumion er mer symmetrisk enn et vannmolekyl. Dette muliggjør jevn ladefordeling, noe som øker frigjøring av energi til systemet når svovelsyre og vann kombineres.
Nok en energiutgivelse hjulpet av symmetri er dannelsen av den dobbelt ladede sulfatanionen (SO 4 -2 ). De to gratiselektronene kan bo på et av de fire oksygenatomer. Som ladninger frastøter hverandre, og frigjør dermed energi til systemet hvis de kan flykte til de ytre områdene av ionet; det er tydelig at denne handlingen frigjør energi når det motsatte - og som samler ladninger sammen - tar energi. De høye dielektriske konstantene av svovelsyre og vann muliggjør en høy grad av ladningsskjerming når de kombineres. Legg til ytterligere stabilisering muliggjort av ytterligere lag med vann som omgir det innerste hydrogenbundne laget.
Av ovennevnte grunner må det utvises forsiktighet når du kombinerer konsentrert svovelsyre og vann. Syren bør tilsettes gradvis til vannet som røres, i stedet for omvendt. Dette forhindrer overdreven frigjøring av varme, noe som fører til plutselig koking med voldelig utstøting av syre, enten på huden eller i øynene. Kombinasjonen av svovelsyre og vann brukes i produksjon av gjødsel, produksjon av stål, bleking av Kraftmasse og i bilbatterier.