Πώς να αναμίξετε θειικό οξύ και νερό με ασφάλεια

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.


Το θειικό οξύ (H 2 SO 4 ) είναι ένα από τα πιο γνωστά ισχυρά ορυκτά οξέα. Είναι το οξείδιο του στοιχείου θείου στην υψηλότερη κατάσταση οξείδωσής του (VI) και προέρχεται από την ενυδάτωση θειικού ανυδρίτη ή τριοξειδίου του θείου (SO 3 ). Είναι ένα διπρωτικό οξύ του οποίου ο πρώτος διαχωρισμός είναι σχεδόν πλήρης και του οποίου ο δεύτερος διαχωρισμός είναι ακόμα σχετικά ισχυρός, επομένως το διθειικό ιόν (HSO 4 ) είναι ένα όξινο ανιόν.

Τα διαλύματα θειικού οξέος είναι πανταχού παρόντα στα εργαστήρια χημείας και βιολογίας, όπου χρησιμοποιείται ως χημικό αντιδραστήριο, ως καταλύτης και σε ορισμένες περιπτώσεις ακόμη και ως παράγοντας καθαρισμού εργαστηριακών υλικών. Σε όλες αυτές τις εφαρμογές απαιτούνται διαλύματα θειικού οξέος διαφορετικών συγκεντρώσεων, γι’ αυτό και η παρασκευή τους αποτελεί μέρος των διαδικασιών ρουτίνας σε αυτά τα εργαστήρια.

Τούτου λεχθέντος, είναι σημαντικό να γνωρίζετε ότι η προετοιμασία ενός διαλύματος θειικού οξέος δεν αφορά μόνο την ανάμειξη του οξέος με νερό με οποιονδήποτε τρόπο, καθώς η εσφαλμένη χρήση μπορεί να είναι πολύ επικίνδυνη και να οδηγήσει σε σοβαρά ατυχήματα.

Γιατί είναι επικίνδυνη η ανάμειξη θειικού οξέος με νερό;

Ο λόγος για τον οποίο η ανάμειξη θειικού οξέος με νερό μπορεί να είναι επικίνδυνη είναι επειδή οι χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν όταν συνδυάζονται και οι δύο ενώσεις είναι πολύ εξώθερμες. δηλαδή απελευθερώνουν μεγάλες ποσότητες θερμότητας. Οι εν λόγω αντιδράσεις αποτελούνται από τη διάλυση του οξέος και την πρωτονίωση του νερού για να σχηματιστούν ιόντα υδρονίου:

Πώς να αναμίξετε θειικό οξύ και νερό με ασφάλεια

Μια δεύτερη διάσπαση μπορεί επίσης να συμβεί, αλλά αυτή είναι πολύ λιγότερο σημαντική από την πρώτη:

Πώς να αναμίξετε θειικό οξύ και νερό με ασφάλεια

Και οι δύο αντιδράσεις είναι εξώθερμες και εάν δεν πραγματοποιηθούν με ελεγχόμενο τρόπο, όλη αυτή η θερμότητα μπορεί να αυξήσει γρήγορα τη θερμοκρασία του διαλύματος σε πάνω από 100°C, προκαλώντας νερό (το οποίο έχει χαμηλότερο σημείο βρασμού από το καθαρό θειικό οξύ). Αυτό, με τη σειρά του, παράγει πιτσιλιές πυκνού οξέος που μπορεί να προσγειωθεί στα μάτια μας, στο δέρμα μας, στα ρούχα ή σε οποιαδήποτε επιφάνεια στο εργαστήριο.

Πώς να αναμίξετε θειικό οξύ και νερό με ασφάλεια

Εάν συμβεί αυτό, μπορεί να υποστούμε πολύ σοβαρά εγκαύματα, καθώς το πυκνό θειικό οξύ καταστρέφει ή απανθρακώνει σχεδόν αμέσως οποιαδήποτε οργανική ύλη έρχεται σε επαφή. Αν πιτσιλιστεί στα μάτια μας, είναι πολύ πιθανό να χάσουμε την όρασή μας.

Επίσης, εάν από κακή τύχη εισπνεύσουμε σταγόνες πυκνού θειικού οξέος και φτάσουν στην αναπνευστική οδό και στους πνεύμονές μας, εγκαύματα και άλλοι τραυματισμοί μπορούν να θέσουν σε κίνδυνο τη ζωή μας.

Ευτυχώς, υπάρχει τρόπος παρασκευής διαλυμάτων θειικού οξέος που ελαχιστοποιεί τον κίνδυνο εκτόξευσης και πιτσιλίσματος από συμπυκνωμένο οξύ. Αυτό, μαζί με μια σειρά από τυπικά μέτρα ασφαλείας σε οποιοδήποτε εργαστήριο χημείας, είναι συνήθως αρκετά για την πρόληψη των περισσότερων ατυχημάτων και την ελαχιστοποίηση του κινδύνου τους εάν συμβεί.

Ο ασφαλής τρόπος παρασκευής διαλυμάτων από πυκνό θειικό οξύ

Ο εμπειρικός κανόνας κατά την ασφαλή ανάμιξη θειικού οξέος με νερό είναι να προσθέτετε πάντα το θειικό οξύ στο νερό και όχι το νερό στο θειικό οξύ . Επίσης, καθώς προστίθεται το πυκνό θειικό οξύ, το διάλυμα που προκύπτει πρέπει να αναδεύεται έντονα.

Αυτό σημαίνει ότι πρέπει πρώτα να προσθέσουμε αρκετή ποσότητα νερού στην ογκομετρική φιάλη όπου θα παρασκευάσουμε το διάλυμα (αυτό που λέμε μαξιλάρι νερού) και μετά, σιγά σιγά και υπό συνεχή ανάδευση, προσθέτουμε τον μετρημένο όγκο του συμπυκνωμένου οξέος. Τέλος, το διάλυμα αφήνεται να κρυώσει και η μέτρηση ολοκληρώνεται με καθαρό νερό.

Είναι επίσης σημαντικό να κρατάτε την ογκομετρική φιάλη από το λαιμό και όχι από τον βολβό ή το ευρύτερο μέρος που βρίσκεται σε άμεση επαφή με το διάλυμα. Αυτό συμβαίνει επειδή αυτό το τελευταίο μέρος της μπάλας μπορεί να ζεσταθεί πολύ, οδηγώντας είτε σε εγκαύματα, είτε να πέσει κατά λάθος η μπάλα, να τη σπάσει και να προκαλέσει επικίνδυνη διαρροή οξέος.

αιτιολόγηση της διαδικασίας

Γιατί προστίθεται πρώτα το νερό και μετά το οξύ;

Ο λόγος για τον οποίο προτιμάται να προσθέτουμε πρώτα το νερό και μετά το οξύ είναι συνέπεια των θερμοδυναμικών ιδιοτήτων του συστήματος που σχηματίζεται με την ανάμειξη και των δύο συστατικών. Εάν το διάλυμα που πρόκειται να παρασκευάσουμε είναι πολύ πιο αραιό από το διάλυμα του εμπορίου (που είναι περίπου 18 Μ), τότε το μείγμα θα αποτελείται από μεγάλη ποσότητα νερού και μικρή ποσότητα πυκνού οξέος.

Αν προσθέσουμε πρώτα το οξύ και μετά το νερό, η μικρή ποσότητα οξέος θα έχει πολύ μικρή θερμική (ή θερμική) χωρητικότητα, οπότε μια μικρή ποσότητα θερμότητας θα προκαλέσει μεγάλη αλλαγή θερμοκρασίας. Σε αυτήν την περίπτωση, θα είναι πολύ εύκολο να θερμάνετε το οξύ πάνω από τους 100°C, προκαλώντας το γρήγορο βράσιμο του νερού, σαν να προσθέτετε μερικές σταγόνες νερό σε ένα τηγάνι με καυτό λάδι.

Από την άλλη, εάν προσθέσουμε μεγάλο αρχικό όγκο νερού πριν προσθέσουμε το συμπυκνωμένο οξύ, η θερμοχωρητικότητα του συστήματος θα είναι πολύ μεγαλύτερη, αφού η θερμότητα θα πρέπει να κατανεμηθεί σε μεγαλύτερη μάζα και η τελική θερμοκρασία θα είναι χαμηλότερη. .

Γιατί η συνεχής αναταραχή;

Πρέπει να αναδεύεται συνεχώς γιατί η θερμική αγωγιμότητα του διαλύματος είναι περιορισμένη. Με άλλα λόγια, η θερμότητα που απελευθερώνεται κατά τη διάλυση του οξέος δεν κατανέμεται αμέσως σε όλο το νερό. αυτή η διαδικασία απαιτεί χρόνο. Κατά συνέπεια, εάν προσθέσουμε το οξύ πολύ γρήγορα χωρίς να ανακατεύουμε, είναι πιθανό να συσσωρευτεί θερμότητα σε ένα σημείο και να φέρει τη θερμοκρασία του νερού τοπικά σε βρασμό, προκαλώντας πιτσίλισμα πριν η θερμότητα διαλυθεί στο υπόλοιπο σύστημα.

Αυτό είναι το ίδιο πράγμα που συμβαίνει όταν λιωμένη λάβα ή πυρακτωμένο μέταλλο βυθίζεται σε κρύο νερό. Μπορούμε να δούμε καθαρά πώς το νερό που έρχεται σε άμεση επαφή με το σίδηρο ή το μάγμα βράζει πολύ πριν ζεσταθεί το υπόλοιπο νερό.

Η μηχανική ανάδευση επιταχύνει την κατανομή της θερμότητας σε όλο το διάλυμα και εμποδίζει αυτό να συμβεί.

Πρόσθετα μέτρα ασφαλείας κατά την παρασκευή διαλυμάτων θειικού οξέος

Εκτός από την τήρηση του προαναφερθέντος πρωτοκόλλου για την παρασκευή του διαλύματος, πρέπει να τηρούμε τα τυπικά μέτρα ασφαλείας για εργαστηριακές εργασίες, καθώς τα πιτσιλίσματα δεν είναι ο μόνος κίνδυνος κατά το χειρισμό αυτών των διαλυμάτων. Αυτά τα μέτρα ασφαλείας περιλαμβάνουν:

  • Φορέστε εργαστηριακή στολή για να προστατεύσετε το δέρμα και τα ρούχα . Τα περισσότερα φορέματα είναι κατασκευασμένα από συνθετικά υλικά ικανά να αντέχουν μικρές πιτσιλιές. Από την άλλη πλευρά, εκτός από την αποφυγή ζημιάς στα ρούχα μας, μια σταγόνα οξέος στο παντελόνι ή ένα μπλουζάκι που περνά απαρατήρητο μπορεί να προκαλέσει σοβαρά δερματικά εγκαύματα αργότερα.
  • Φοράτε γάντια λατέξ ή νιτριλίου . Αυτά τα γάντια είναι ανθεκτικά σε πολλές χημικές ουσίες, συμπεριλαμβανομένων των αραιωμένων διαλυμάτων θειικού οξέος. Σε περίπτωση επαφής με πυκνό οξύ, το γάντι παρέχει αρκετή προστασία για να αφήσει χρόνο για να το αφαιρέσετε πριν υποστείτε έγκαυμα.
  • Φοράτε γυαλιά ασφαλείας . Είναι ο καλύτερος τρόπος για να προστατέψετε τα μάτια και ένα καλό μέρος του προσώπου.
  • Συλλέξτε τα μαλλιά σας σε κότσο ή αλογοουρά . Τα μακριά μαλλιά αποτελούν κίνδυνο στο εργαστήριο. Μπορεί να έρθει σε επαφή με οξύ ή άλλα αντιδραστήρια, επομένως πρέπει να διατηρείται συλλεγμένο ανά πάσα στιγμή.
  • Έχετε στη διάθεσή σας ένα μικρό μπουκάλι με διάλυμα διττανθρακικού νατρίου . Το διττανθρακικό νάτριο είναι ένα άλας που παράγει αλκαλικά διαλύματα ικανά να εξουδετερώνουν ακόμη και το πυκνό θειικό οξύ. Ο ψεκασμός της επιφάνειας που έρχεται σε επαφή με το οξύ με διττανθρακικό σε περίπτωση διαρροής είναι το πρώτο βήμα που πρέπει να γίνει για να σταματήσει η διαβρωτική του δράση.

βιβλιογραφικές αναφορές

Chang, R. (2021). Χημεία (11η έκδ .). ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ MCGRAW HILL.

Ντινάμεκ. (2018, 30 Νοεμβρίου). Πώς να επιλέξετε το καταλληλότερο γάντι ανθεκτικό στα χημικά . Ιστοσελίδα Dinamek. https://www.dinamek.com/blog/how-to-choose-the-chemical-resistant-glove-most-suitable

Πόση θερμότητα θα απελευθερωθεί εάν ένα διάλυμα H2SO4 98% (m/m) αραιωθεί σε 96% (m/m) . (2019, 15 Φεβρουαρίου). Ιστοσελίδα της Αμερικανικής Χημικής Εταιρείας. 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

Sippola, H., & Taskinen, P. (2014). Θερμοδυναμικές Ιδιότητες Υδατικού Θειικού Οξέος. Journal of Chemical & Engineering Data , 59 (8), 2389–2407. https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/je4011147

-Διαφήμιση-

mm
Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

Artículos relacionados