Jaki jest związek między kwasem siarkowym a wodą?

Jedną z metod przygotowywania kwasu siarkowego jest nawilżenie cząsteczki trójtlenku siarki (SO _{3 ) z cząsteczką wody (H 2 o). Reakcja jest taka 3 + H 2 o → H 2 SO 4 . Najwyraźniej kwas siarkowy ma ścisłe połączenie z wodą; Ponadto jest całkowicie rozpuszczalny w wodzie. Łączenie skoncentrowanego kwasu siarkowego z wodą jest potencjalnie niebezpieczne, ponieważ reakcja może być gwałtowna. Wynika to z faktu, że dwie substancje oddziałują - nie tylko za pomocą jednego lub dwóch mechanizmów - ale przez wiele mechanizmów, każdy dodaje się stopniowo do całkowitego uwalniania energii.}

czysty kwas siarkowy nie jest tylko polarny; Może faktycznie jonizować się poprzez transfer protonowy, proces znany jako „auto-protoliza”. Ta reakcja jonizacyjna jest zapisywana 2 H ₂ SO _{4 → [H 3 SO 4 ] ⁺ [HSO 4 ] ^{-. To zjawisko ułatwia kwasowi siarkowym i wodzie tworzenie wodoruobligacje. W ten sposób energia w postaci ciepła wchodzi do systemu otaczającego.}}

Gdziekolwiek dostępne są do tego dostępne atomy wodoru, azotu, tlenu i fluoru, mogą powstać słabe wiązania zwane „wiązaniami wodorowymi”. W przypadku kwasu siarkowego jeden lub dwa jony wodoru mogą pozostawić kwas związany z pobliskimi cząsteczkami wody. Takie dodatnio naładowane jony „hydronium” (H 3 o ^{+) łatwo tworzą się, ponieważ atomy tlenu cząsteczek wody oferują środowiska bogate w elektron, do których rysowane są jony wodoru. Geometria jonu hydronowego jest bardziej symetryczna niż cząsteczka wody. Umożliwia to jednolity rozkład ładunku, dodając do uwalniania energii do układu, gdy łączy się kwas siarkowy i woda.}

Jeszcze kolejnym uwalnianiem energii wspomaganym przez symetrię jest tworzenie podwójnie naładowanego siarczanu anionu (a więc _{4 ^{-2 ). Dwa darmowe elektronymoże zamieszkać na dowolnym z czterech atomów tlenu. Podobnie jak ładunki odpychają się nawzajem, a tym samym uwolnij energię do systemu, jeśli mogą uciec do zewnętrznych regionów jonu; Oczywiste jest, że ta akcja uwalnia energię jako odwrotność - łączenie jak ładunki - zabiera energię. Wysokie stałe dielektryczne kwasu siarkowego i wody umożliwiają wysoki stopień ochrony ładunku po połączeniu. Dodaj do tej dalszej stabilizacji umożliwionej przez dodatkowe warstwy wody otaczającej najgłębszą warstwę związaną z wodorem.}}

Z powyższych powodów należy zachować ostrożność przy łączeniu skoncentrowanego kwasu siarkowego i wody. Kwas należy stopniowo dodawać do mieszania wody, a nie na odwrót. Zapobiega to nadmierne uwalnianie ciepła, co prowadzi do nagłego gotowania z gwałtownym wyrzucaniem kwasu na skórę lub na oczy. Połączenie kwasu siarkowego i wody stosuje się w produkcji nawozów, produkcji stali, BLEAChing z miazgi Kraft i w akumulatorach samochodowych.