Vad är sambandet mellan svavelsyra och vatten?
En metod för framställning av svavelsyra är genom att hydrera en molekyl av svaveltrioxid (så 3 ) med en molekyl vatten (H 2 O).Reaktionen är så 3 #43;H 2 O rarr;H 2 SO 4 .Det är uppenbart att svavelsyra har en nära anslutning till vatten;Dessutom är den helt löslig i vatten.Att kombinera koncentrerad svavelsyra med vatten är potentiellt farligt eftersom reaktionen kan vara våldsam.Detta beror på att de två ämnena interagerar mdash;inte bara en eller två mekanismer mdash;Men genom en mängd mekanismer är var och en ökat till den totala energifrisättningen.
Ren svavelsyra är inte bara polär;Det kan faktiskt jonisera sig genom protonöverföring, en process som kallas auto-protolys.Denna joniseringsreaktion är skriven 2 timmar 2 så 4 rarr;[H 3 SO 4 ] #43; [HSO 4 ] #45; .Detta fenomen gör det enklare för svavelsyra och vatten att bilda vätebindningar.På så sätt kommer energi i form av värme in i det omgivande systemet.
Varhelst det finns väte, kväve, syre- och fluoratomer som är tillgängliga för att göra det kan svaga bindningar som kallas vätebindningar bildas.När det gäller svavelsyra kan en eller två vätejoner lämna syran för att bli associerad med närliggande molekyler av vatten.Sådana positivt laddade hydroniumjoner (H 3 O #43; ) bildar lätt eftersom syreatomerna i vattenmolekyler erbjuder elektronrika miljöer till vilka vätejoner dras.Geometri för en hydroniumjon är mer symmetrisk än en vattenmolekyl.Detta möjliggör enhetlig laddningsfördelning, vilket lägger till frisläppande av energi i systemet när svavelsyra och vatten kombineras.
Ännu en energifrisättning med hjälp av symmetri är bildandet av den dubbla laddade sulfatanjonen (SO 4 #45; 2 ).De två fria elektronerna kan ta hem på någon av de fyra syreatomerna.Som laddningar avvisar varandra och släpper därmed energi till systemet om de kan fly till de yttre regionerna i jonen;Det är uppenbart att denna åtgärd släpper ut energi som omvänd mdash;samla liknande avgifter mdash;tar energi.De höga dielektriska konstanterna av svavelsyra och vatten möjliggör en hög grad av laddningsskydd när de kombineras.Lägg till denna ytterligare stabilisering som möjliggörs av ytterligare lager av vatten som omger det innersta vätebundna skiktet.
Av ovanstående skäl måste försiktighet utövas när man kombinerar koncentrerad svavelsyra och vatten.Syran bör tillsättas gradvis till vatten som omrörs, snarare än tvärtom.Detta förhindrar överdriven värmeutsläpp, vilket leder till plötslig kokning med den våldsamma utkastet av syra antingen på huden eller i ögonen.Kombinationen av svavelsyra och vatten appliceras vid tillverkning av gödselmedel, produktion av stål, blekning av kraftmassa och i bilbatterier.