Co to jest dymiący kwas siarkowy?
Dymiący kwas siarkowy, zwany częściej oleum, powstaje przez rozpuszczenie trójtlenku siarki (SO 3 ) w stężonym kwasie siarkowym (H 2 SO 4 ). Daje to mieszaninę związków, w tym kwasu siarkowego, kwasu disiarkowego (H 2 S 2 O 7 ) i wolnego tritlenku siarki. Będąc lotnym, trójtlenek siarki powoduje opary kwasu, który pochłania wilgoć z powietrza, tworząc chmurę małych kropelek kwasu siarkowego. Dymiący kwas siarkowy powstaje w zwykłym procesie przemysłowym stosowanym do produkcji kwasu siarkowego i większość z niego jest przekształcana w tę substancję chemiczną. Względnie niewielka część jest jednak zatrzymywana jako oleum i stosowana do produkcji materiałów wybuchowych, narkotyków i barwników.
Proces przemysłowy stosowany do produkcji kwasu siarkowego rozpoczyna się od utlenienia dwutlenku siarki (SO 2 ) w celu wytworzenia tritlenku siarki; substancja ta może reagować z wodą (H2O) z wytworzeniem kwasu siarkowego. Ta reakcja jest jednak zbyt gwałtowna, aby można ją było łatwo kontrolować, a zatem trójtlenek siarki zamiast tego rozpuszcza się w istniejącym stężonym kwasie siarkowym, tworząc olum - dymiący kwas siarkowy. Większa część tego jest następnie przekształcana w kwas siarkowy przez ostrożne dodanie go do odpowiedniej objętości wody. Dopóki oleum jest dodawany do wody, a nie odwrotnie, reakcja, choć egzotermiczna, jest kontrolowana. Pozostały oleum można wykorzystać do innych zastosowań przemysłowych.
Oleum jest dostępne w różnych gatunkach, w zależności od ilości rozpuszczonego tritlenku siarki. Pojemniki wskażą klasę, podając proporcję wolnego tritlenku siarki - na przykład 20%, 30% lub 65%. Oleum jest zwykle oleistą, dymiącą cieczą, ale niektóre postacie są stałe w temperaturze pokojowej.
Trójtlenek siarki reaguje z kwasem siarkowym, tworząc kwas dwusiarkowy, zwany także kwasem pirosiarkowym: SO 3 + H 2 SO 4 → H 2 S 2 O 7 . Czysty kwas dwusiarkowy jest stały w temperaturze pokojowej, ale rzadko jest stosowany w przemyśle lub w laboratorium. W oleum występuje obok kwasu siarkowego, wolnego tritlenku siarki i prawdopodobnie bardziej złożonych cząsteczek.
Dymiący kwas siarkowy jest jeszcze silniejszym środkiem odwadniającym niż kwas siarkowy. Reaguje bardzo gwałtownie z wodą, uwalniając dużą ilość ciepła i rozpylonego kwasu, chyba że jest powoli dodawany do wody. Podobnie jak kwas siarkowy, usuwa wodę z węglowodanów, pozostawiając węgiel, dzięki czemu zbiera papier, drewno i wiele innych materiałów organicznych. Ta reakcja uwalnia tyle ciepła, że może powodować spalanie.
Głównym zastosowaniem dymiącego kwasu siarkowego jest reakcja nitrowania. Miesza się go z kwasem azotowym, aby wytworzyć jony nitronium (NO 2 + ), które dodają grupy nitro (NO 2 ) do związków organicznych. W przypadku wielu z tych reakcji istotne jest, aby woda nie była obecna. Zwykle osiąga się to przez zmieszanie komercyjnego - 68,5% - kwasu azotowego z dymiącym kwasem siarkowym, tak aby ten ostatni wchłonął całą wodę. Reakcje azotowania są ważne w produkcji materiałów wybuchowych i barwników.
Oleum jest również stosowany jako środek sulfonujący w chemii organicznej. Oznacza to, że może dodać grupę kwasu sulfonowego (SO3H) do związku organicznego. Związki sulfonowane obejmują ważne leki, takie jak sulfonamidy, a także detergenty i barwniki.
Ze względu na swoje właściwości odwadniające, gwałtowną reakcję z wodą i lotność, dymiący kwas siarkowy jest bardzo niebezpiecznym związkiem chemicznym w pracy. Powoduje poważne oparzenia w kontakcie ze skórą, a wdychanie oparów może spowodować poważne uszkodzenie układu oddechowego. W laboratoriach eksperymenty z użyciem dymiącego kwasu siarkowego są zwykle przeprowadzane pod wyciągiem.