Qual é a conexão entre ácido sulfúrico e água?
Um método de preparação de ácido sulfúrico é a hidratação de uma molécula de trióxido de enxofre (SO3) com uma molécula de água (H2O). A reação é SO3 + H2O → H2SO4. Claramente, o ácido sulfúrico tem uma estreita conexão com a água; além disso, é completamente solúvel em água. A combinação de ácido sulfúrico concentrado com água é potencialmente perigosa, pois a reação pode ser violenta. Isso ocorre porque as duas substâncias interagem - não por apenas um ou dois mecanismos - mas por uma série de mecanismos, cada um aumentando de maneira incremental a liberação total de energia.
O ácido sulfúrico puro não é apenas polar; na verdade, pode se ionizar através da transferência de prótons, um processo conhecido como "auto-protólise". Esta reação de ionização é escrita 2H2SO4 → [H3SO4] + [HSO4] - . Esse fenômeno facilita a formação de ligações de hidrogênio pelo ácido sulfúrico e pela água. Ao fazer isso, a energia na forma de calor entra no sistema circundante.
Onde quer que haja átomos de hidrogênio, nitrogênio, oxigênio e flúor, ligações fracas chamadas "ligações de hidrogênio" podem se formar. No caso do ácido sulfúrico, um ou dois íons hidrogênio podem deixar o ácido associado a moléculas próximas de água. Esses íons "hidrônio" com carga positiva (H 3 O + ) se formam rapidamente porque os átomos de oxigênio das moléculas de água oferecem ambientes ricos em elétrons para os quais os íons hidrogênio são atraídos. A geometria de um íon hidrônio é mais simétrica do que uma molécula de água. Isso permite uma distribuição uniforme da carga, aumentando a liberação de energia no sistema quando o ácido sulfúrico e a água são combinados.
Ainda outra liberação de energia auxiliada pela simetria é a formação do ânion sulfato duplamente carregado (SO 4 -2 ). Os dois elétrons livres podem residir em qualquer um dos quatro átomos de oxigênio. Cargas semelhantes se repelem e, assim, liberam energia para o sistema, se puderem escapar para as regiões externas do íon; é claro que essa ação libera energia à medida que o inverso - reunindo cargas iguais - consome energia. As altas constantes dielétricas de ácido sulfúrico e água permitem um alto grau de blindagem de carga quando combinadas. Adicione a esta estabilização adicional possibilitada por camadas adicionais de água ao redor da camada mais interna ligada a hidrogênio.
Pelas razões acima, deve-se tomar cuidado ao combinar ácido sulfúrico concentrado e água. O ácido deve ser adicionado gradualmente à água que está sendo agitada, e não o contrário. Isso evita a liberação excessiva de calor, levando à ebulição repentina com a violenta ejeção de ácido na pele ou nos olhos. A combinação de ácido sulfúrico e água é aplicada na fabricação de fertilizantes, na produção de aço, no branqueamento de celulose Kraft e em baterias automotivas.