Jaki jest związek między kwasem siarkowym a nadtlenkiem wodoru?
Kwas siarkowy i nadtlenek wodoru należą do najczęściej stosowanych substancji chemicznych, zarówno w przemyśle, jak i w laboratorium. Są one połączone na kilka sposobów. Dwie metody wytwarzania nadtlenku wodoru wymagają użycia kwasu siarkowego, chociaż zostały one w dużej mierze zastąpione. Kilka dobrze znanych eksperymentów laboratoryjnych i demonstracji, które są częścią wielu szkolnych programów nauczania, wymaga tych dwóch związków. Ponadto mieszanie kwasu siarkowego i nadtlenku wodoru daje wysoce korozyjne rozwiązanie o różnorodnych zastosowaniach w przemyśle półprzewodników, przemyśle papierniczym i wydobywczym.
Nadtlenek wodoru był pierwotnie wytwarzany przez zakwaszenie nadtlenku baru kwasem solnym. Chlorek baru, który również powstaje w tej reakcji, usunięto przez dodanie kwasu siarkowego; reagują, tworząc nierozpuszczalny osad siarczanu baru. Kolejna metoda obejmowała hydrolizę kwasu nadtlenosiarkowego, wytwarzaną przez elektrolizę kwasu siarkowego. Dziś jednak prawie cały nadtlenek wodoru powstaje w procesie antrachinonowym, co jest bardziej ekonomiczną procedurą, która nie obejmuje kwasu siarkowego.
W wyniku reakcji kwasu siarkowego i nadtlenku wodoru powstaje wodny roztwór kwasu peroksymonosiarkowego (H 2 SO 5 ): H 2 SO 4 + H 2 O 2 → H 2 SO 5 + H 2 O. Jest to również znane jako „roztwór piranha” ze względu na swoją korozyjność: szybko niszczy większość materiałów organicznych. Inna nazwa to kwas Caro, od niemieckiego chemika Heinricha Caro, który jako pierwszy wyprodukował kwas. Czysty kwas nadtlenymonosiarkowy - krystaliczne ciało stałe w temperaturze pokojowej - wytwarza się inną metodą, ale kwas ten stosuje się na ogół jako roztwór wodny. Roztwór Piranha zwykle wytwarza się ze stężonego kwasu siarkowego i 30% nadtlenku wodoru; proporcje mogą się różnić w zależności od zastosowania, ale stosunek 3: 1 kwasu siarkowego do nadtlenku wodoru jest powszechnym preparatem.
Kwas ten ma wiele zastosowań, ale należy go przygotować i obchodzić się z nim bardzo ostrożnie. Jest silnym utleniaczem i jest szczególnie przydatny do usuwania pozostałości organicznych. Z tego powodu czasami jest używany do czyszczenia szkła i innego sprzętu laboratoryjnego. Kwas Caro jest również szeroko stosowany w przemyśle półprzewodników jako środek trawiący i do zapewnienia, że płytki krzemowe i inne delikatne elementy elektroniczne są wolne od zanieczyszczeń organicznych. Inne zastosowania znajdują się w przemyśle wydobywczym - do oddzielania metali i rud oraz rozkładania toksycznych związków cyjanku ze ścieków - oraz w przemyśle papierniczym - do delignifikacji i bielenia masy drzewnej.
Kwas siarkowy można wytwarzać w reakcji nadtlenku wodoru i dwutlenku siarki: H 2 O 2 + SO 2 → H 2 SO 4 . Ta metoda nie jest stosowana komercyjnie; jednak reakcja może zachodzić w atmosferze - w której zarówno kwas siarkowy, jak i nadtlenek wodoru występują w niewielkich ilościach - przyczyniając się do kwaśnego deszczu. Nadtlenek wodoru może tworzyć się naturalnie w wyniku reakcji fotochemicznych. Dwutlenek siarki powstaje w wyniku spalania paliw kopalnych zawierających siarkę i naturalnie w wyniku aktywności wulkanicznej. Chociaż nadtlenek wodoru nie jest wymagany do tworzenia kwaśnych deszczy z dwutlenku siarki, reakcja nadtlenku jest znacznie szybsza.