¿Cuál es la conexión entre el ácido sulfúrico y el agua?

June 8

Un método de preparación de ácido sulfúrico es mediante la hidratación de una molécula de trióxido de azufre (SO 3) con una molécula de agua (H 2 O). La reacción es SO3 + H2O → H 2 SO 4. Claramente, el ácido sulfúrico tiene una estrecha relación con el agua; Además, es completamente soluble en agua. La combinación de ácido sulfúrico concentrado con agua es potencialmente peligroso ya que la reacción puede ser violenta. Esto es porque las dos sustancias interactúan - no a través de sólo uno o dos mecanismos - pero a través de una serie de mecanismos, cada uno añadiendo gradualmente a la liberación total de energía.

Ácido sulfúrico puro no es sólo polar; de hecho, puede ionizar en sí a través de la transferencia de protones, un proceso conocido como "auto-protólisis." Esta reacción de ionización se escribe 2 H 2 SO 4 → [H 3 SO 4] + [HSO 4] -. Este fenómeno hace que sea más fácil para el ácido sulfúrico y agua para formar enlaces de hidrógeno. Al hacerlo, la energía en forma de calor entra en el sistema circundante.

Dondequiera que haya hidrógeno, nitrógeno, oxígeno y átomos de flúor disponibles para hacerlo, enlaces débiles llamados "puentes de hidrógeno" se pueden formar. En el caso del ácido sulfúrico, uno o dos iones de hidrógeno pueden dejar el ácido a ser asociados con moléculas de agua cercanos. Tales "hidronio" iones cargados positivamente (H 3 O +) forman fácilmente debido a que los átomos de oxígeno de las moléculas de agua ofrecen ambientes ricos en electrones a los que se extraen iones de hidrógeno. La geometría de un ion hidronio es más simétrico que una molécula de agua. Esto permite la distribución de carga uniforme, añadiendo a la liberación de energía en el sistema cuando se combinan ácido sulfúrico y agua.

Sin embargo, otro liberación de energía con la ayuda de simetría es la formación del anión sulfato doblemente cargado (SO 4 -2). Los dos electrones libres pueden establecer su residencia en cualquiera de los cuatro átomos de oxígeno. Cargas iguales se repelen entre sí, y por lo tanto la liberación de energía al sistema si pueden escapar a las regiones exteriores de la iónico; está claro que esta acción libera energía como el reverso - trayendo como cargos juntos - requiere energía. Las altas constantes dieléctricas de ácido sulfúrico y agua permiten un alto grado de blindaje de carga cuando se combinan. Añádase a esto una mayor estabilización habilitado por capas adicionales de agua que rodean la capa más interna de enlaces de hidrógeno.

Por las razones expuestas, se debe tener cuidado cuando se combina el ácido sulfúrico concentrado y agua. El ácido debe añadirse gradualmente a agua que se agita, en lugar de al revés. Esto evita la liberación de calor excesivo, lo que lleva a ebullición repentina con la expulsión violenta de ácido o bien sobre la piel o en los ojos. La combinación de ácido sulfúrico y agua se aplica en la fabricación de fertilizantes, la producción de acero, el blanqueo de pasta Kraft y en baterías de automóviles.

  • El ácido sulfúrico se puede preparar a través de la hidratación de agua.