Tabla de Contenidos
Сярната киселина (H 2 SO 4 ) е една от най-известните силни минерални киселини. Това е оксакиселина на елемента сяра в неговото най-високо състояние на окисление (VI) и идва от хидратацията на серен анхидрид или серен триоксид (SO 3 ). Това е дипротична киселина, чиято първа дисоциация е почти пълна и чиято втора дисоциация е все още относително силна, така че бисулфатният йон (HSO 4 – ) е киселинен анион.
Разтворите на сярна киселина са повсеместни в лабораториите по химия и биология, където се използва като химичен реагент, като катализатор и в някои случаи дори като средство за почистване на лабораторни материали. Във всички тези приложения са необходими разтвори на сярна киселина с различни концентрации, поради което приготвянето им е част от рутинните процеси в тези лаборатории.
Като се има предвид това, важно е да знаете, че приготвянето на разтвор на сярна киселина не означава просто смесване на киселината с вода по какъвто и да е начин, тъй като извършването му по грешен начин може да бъде много опасно и да доведе до някои сериозни инциденти.
Защо смесването на сярна киселина с вода е опасно?
Причината, поради която смесването на сярна киселина с вода може да бъде опасно, е, че химичните реакции, които възникват при комбинирането на двете съединения, са много екзотермични; тоест те отделят големи количества топлина. Въпросните реакции се състоят от разтваряне на киселината и протониране на водата за образуване на хидрониеви йони:
Може да възникне и втора дисоциация, но тя е много по-малко важна от първата:
И двете реакции са екзотермични и ако не се извършват по контролиран начин, цялата тази топлина може бързо да повиши температурата на разтвора до над 100°C, причинявайки вода (която има по-ниска точка на кипене от чистата сярна киселина). Това от своя страна води до пръски от концентрирана киселина, които могат да попаднат в очите ни, върху кожата ни, върху дрехите или върху всяка повърхност в лабораторията.
Ако това се случи, можем да получим много сериозни изгаряния, тъй като концентрираната сярна киселина почти моментално унищожава или овъглява всяка органична материя, с която влезе в контакт. Ако попадне в очите ни, е много вероятно да загубим зрението си.
Освен това, ако по лош късмет вдишаме капки концентрирана сярна киселина и те достигнат дихателните пътища и белите ни дробове, изгаряния и други наранявания могат да застрашат живота ни.
За щастие има начин за приготвяне на разтвори на сярна киселина, който минимизира риска от пръскане и пръскане от концентрирана киселина. Това, заедно със серия от стандартни мерки за сигурност във всяка химическа лаборатория, обикновено са достатъчни, за да предотвратят повечето злополуки и да сведат до минимум опасността от тях, ако се случат.
Безопасният начин за приготвяне на разтвори от концентрирана сярна киселина
Основното правило при безопасно смесване на сярна киселина с вода е винаги да добавяте сярната киселина към водата, а не водата към сярната киселина . Също така, когато се добавя концентрирана сярна киселина, полученият разтвор трябва да се разбърква енергично.
Това означава, че първо трябва да добавим значително количество вода в мерителната колба, където ще приготвим разтвора (това, което наричаме водна възглавница) и след това, малко по малко и при постоянно разбъркване, добавяме измерения обем концентрирана киселина. Накрая разтворът се оставя да се охлади и измерването се завършва с чиста вода.
Също така е важно да държите мерителната колба за гърлото, а не за крушката или най-широката част, която е в пряк контакт с разтвора. Това е така, защото тази последна част от топката може да стане много гореща, което да доведе или до изгаряния, или до случайно изпускане на топката, счупването й и причиняване на опасно разливане на киселина.
Обосновка на процедурата
Защо водата се добавя първо, а киселината по-късно?
Причината, поради която се предпочита първо да се добави водата и след това киселината, е следствие от термодинамичните свойства на системата, която се образува при смесване на двата компонента. Ако разтворът, който ще приготвим, е значително по-разреден от търговския разтвор (който е приблизително 18 М), тогава сместа ще се състои от голямо количество вода и малко количество концентрирана киселина.
Ако първо добавим киселината и след това водата, малкото количество киселина ще има много малък топлинен (или топлинен) капацитет, така че малко количество топлина ще причини голяма промяна на температурата. В тази ситуация ще бъде много лесно киселината да се нагрее над 100°C, карайки водата да заври бързо, като добавяне на няколко капки вода в тиган с горещо масло.
От друга страна, ако добавим голям първоначален обем вода преди добавянето на концентрираната киселина, топлинният капацитет на системата ще бъде много по-висок, тъй като топлината ще трябва да се разпредели върху по-голяма маса и крайната температура ще бъде по-ниска .
Защо постоянното вълнение?
Трябва непрекъснато да се разбърква, тъй като топлопроводимостта на разтвора е ограничена. С други думи, топлината, отделена по време на разтварянето на киселината, не се разпределя незабавно във водата; този процес отнема време. В резултат на това, ако добавим киселината твърде бързо, без да разбъркваме, е възможно топлината да се натрупа в една точка и да доведе температурата на водата локално до кипене, причинявайки пръскане, преди топлината да се разсее към останалата част от системата.
Това е същото нещо, което се случва, когато разтопена лава или нажежен метал се потопи в студена вода. Можем ясно да видим как водата, която влиза в пряк контакт с желязо или магма, кипи много преди останалата вода да се нагорещи.
Механичното разбъркване ускорява разпределението на топлината в разтвора и предотвратява това да се случи.
Допълнителни мерки за безопасност при приготвяне на разтвори на сярна киселина
В допълнение към спазването на гореспоменатия протокол за приготвяне на разтвора, ние трябва да спазваме стандартните мерки за безопасност при лабораторна работа, тъй като пръските не са единственият риск при работа с тези разтвори. Тези мерки за сигурност включват:
- Носете лабораторна престилка, за да защитите кожата и облеклото . Повечето рокли са изработени от синтетични материали, способни да издържат на малки пръски. От друга страна, в допълнение към избягването на повреда на дрехите ни, капка киселина върху панталон или тениска, която остава незабелязана, може да причини сериозни изгаряния на кожата по-късно.
- Носете латексови или нитрилни ръкавици . Тези ръкавици са устойчиви на много химикали, включително разредени разтвори на сярна киселина. В случай на контакт с концентрирана киселина, ръкавицата осигурява достатъчна защита, за да даде време да я отстраните, преди да получите изгаряне.
- Носете предпазни очила . Това е най-добрият начин за защита на очите и добра част от лицето.
- Съберете косата си на кок или опашка . Дългата коса е риск в лабораторията. Той може да влезе в контакт с киселина или други реактиви, така че трябва да се държи събран през цялото време.
- Имайте малко шишенце с разтвор на натриев бикарбонат под ръка . Натриевият бикарбонат е сол, която произвежда алкални разтвори, способни да неутрализират дори концентрирана сярна киселина. Пръскането на повърхността, която влиза в контакт с киселината, с бикарбонат в случай на разлив е първата стъпка, която трябва да се предприеме, за да се спре корозивното й действие.
Препратки
Чанг, Р. (2021). Химия (11-то издание ). MCGRAW HILL ОБРАЗОВАНИЕ.
Динамек. (2018, 30 ноември). Как да изберем най-подходящата ръкавица, устойчива на химикали . Уеб сайт на Динамек. https://www.dinamek.com/blog/how-to-choose-the-chemical-resistant-glove-most-suitable
Колко топлина ще се отдели, ако 98% (m/m) разтвор на H2SO4 се разреди до 96% (m/m) . (2019, 15 февруари). Уебсайт на Американското химическо дружество. https://communities.acs.org/t5/Ask-An-ACS-Chemist/How-much-heat-will-be-released-if-a-98-mm-H2SO4-solution-is/td-p/ 11867
Сипола, Х. и Таскинен, П. (2014). Термодинамични свойства на воден разтвор на сярна киселина. Journal of Chemical & Engineering Data , 59 (8), 2389–2407. https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/je4011147