Hva er sammenhengen mellom svovelsyre og vann?

November 18  by Eliza

En fremgangsmåte for fremstilling av svovelsyre er ved hydratisering av et molekyl av svoveltrioksyd (SO 3) med et molekyl vann (H2O). Reaksjonen er SO 3 + H2O → H 2 SO 4. Åpenbart bærer svovelsyre en nær tilknytning til vann; i tillegg er det fullstendig oppløselig i vann. Kombinerer konsentrert svovelsyre med vann er potensielt farlig, da reaksjonen kan være voldsomme. Dette er fordi de to stoffene samhandler - ikke gjennom bare en eller to mekanismer - men gjennom en rekke mekanismer, hver tilsetning trinnvis til den totale energi frigjøring.

Ren svovelsyre er ikke bare polar; det kan faktisk ionisere seg gjennom proton overføring, en prosess som kalles "auto-protolysis." Dette ionisering reaksjon er skrevet 2 H 2 SO 4 → [H 3 SO 4] + [HSO 4] -. Dette fenomen gjør det lettere for svovelsyre og vann for å danne hydrogenbindinger. Dermed trer energi i form av varme rundt systemet.

Der det er hydrogen, nitrogen, oksygen og fluoratomer tilgjengelig for å gjøre det, svake bindinger kalt "hydrogenbindinger" kan danne. I tilfelle av svovelsyre, kan ett eller to hydrogenioner la syren til å bli forbundet med nærliggende molekyler av vann. Slike positivt ladede "hydronium" ioner (H 3 O +) danner lett fordi oksygenatomene av vannmolekyler har elektronrike miljøer hvor hydrogenioner blir trukket. Geometrien av hydronium-ion er mer symmetrisk enn et vannmolekyl. Dette muliggjør jevn ladningsfordeling, og legger til frigjøring av energi i systemet når svovelsyre og vann kombineres.

Enda en energi utgivelsen hjulpet av symmetri er dannelsen av den dobbelt belastet sulfatanion (SO 4 -2). De to frie elektroner kan bosette seg på noen av de fire oksygenatomer. Like ladninger avstøter hverandre, og dermed frigjøre energi til systemet hvis de kan unnslippe til de ytre regioner av ion; det er klart at denne handlingen frigjør energi som det motsatte - å bringe like ladninger sammen - tar energi. De høye dielektrisitetskonstanter av svovelsyre og vann, gir en høy grad av skjerming ladning når de er kombinert. Legg til dette videre stabilisering aktivert av flere lag med vann rundt den innerste hydrogenbundne lag.

For de ovennevnte grunner, må det utvises forsiktighet ved kombinasjon av konsentrert svovelsyre og vann. Syren bør tilsettes gradvis til vann under omrøring, i stedet for omvendt. Dette hindrer overdreven varmeavgivelse, som fører til plutselig koking med voldsom utstøting av syre, enten på huden eller i øynene. Kombinasjonen av svovelsyre og vann ble benyttet ved fremstilling av kunstgjødsel, produksjon av stål, bleking av kraftmasse, og i bilbatterier.

  • Svovelsyre kan fremstilles gjennom vann hydrering.