Vad är kopplingen mellan svavelsyra och vatten?

August 14

Ett förfarande för framställning av svavelsyra är genom att hydratisera en molekyl av svaveltrioxid (SO3) med en molekyl vatten (H2O). Reaktionen är SO3 + H2O → H 2 SO 4. Tydligt, bär svavelsyra en nära anknytning till vatten; dessutom är det fullständigt lösligt i vatten. Kombinera koncentrerad svavelsyra med vatten är potentiellt farligt eftersom reaktionen kan vara våldsamma. Detta beror på att de två ämnena samverkar - inte genom endast en eller två mekanismer - utan genom en rad mekanismer, varje lägga stegvis till den totala energi release.

Ren svavelsyra är inte bara polär; Det kan faktiskt jonisera sig genom protonöverföring, en process som kallas "auto-protolysis." Denna jonisering reaktion skrivs 2 H 2 SO 4 → [H 3 SO 4] + [HSO 4] -. Detta fenomen gör det lättare för svavelsyra och vatten för att bilda vätebindningar. Därvid energi i form av värme in i omgivande systemet.

Varhelst det finns väte, kväve, syre och fluoratomer tillgängliga att göra det, svaga bindningar kallas "vätebindningar" kan bilda. I fallet med svavelsyra, kan en eller två vätejoner lämna syran att bli associerade med närliggande vattenmolekyler. Sådana positivt laddade "hydronium" joner (H3O +) bildar lätt eftersom syreatomerna i vattenmolekyler erbjuda elektronrika miljöer till vilken vätejoner dras. Geometrin hos en hydroniumjon är mer symmetrisk än en vattenmolekyl. Detta möjliggör jämn laddningsfördelning, lägga till släppa av energi i systemet när svavelsyra och vatten kombineras.

Ännu en energifrigör hjälp av symmetri är bildandet av den dubbelt laddade sulfatanjonen (SO 4 -2). De två fria elektroner kan bosätta sig på någon av de fyra syreatomer. Liksom laddningar stöter ifrån varandra, och på så sätt frigöra energi till systemet om de kan fly till de yttre regionerna av jon; Det är tydligt att denna åtgärd frigör energi som det omvända - att föra ut avgifter tillsammans - tar energi. De höga dielektriska konstanter av svavelsyra och vatten möjliggör en hög grad av laddnings avskärmning när de kombineras. Lägg till detta ytterligare stabilisering möjliggörs av ytterligare lager av vatten som omger den innersta vätebundna lagret.

Av ovanstående skäl måste försiktighet iakttas vid kombination av koncentrerad svavelsyra och vatten. Syran bör tillsättas gradvis till vatten omrörning, snarare än tvärtom. Detta förhindrar överdriven värme release, vilket leder till plötslig kokning med våldsamma utstötning av syra antingen på huden eller i ögonen. Kombinationen av svavelsyra och vatten används vid tillverkning av gödningsmedel, produktionen av stål, blekning av sulfatmassa och bilbatterier.

  • Svavelsyra kan beredas genom vatten hydrering.