Tabla de Contenidos
Rikkihappo (H 2 SO 4 ) on yksi tunnetuimmista vahvoista mineraalihapoista. Se on alkuaineen rikin oksahappo sen korkeimmassa hapetustilassa (VI) ja tulee rikkihappoanhydridin tai rikkitrioksidin (SO 3 ) hydrataatiosta. Se on diproottinen happo, jonka ensimmäinen dissosiaatio on lähes täydellinen ja jonka toinen dissosiaatio on vielä suhteellisen voimakasta, joten bisulfaatti-ioni (HSO 4 – ) on hapan anioni.
Rikkihappoliuokset ovat kaikkialla kemian ja biologian laboratorioissa, joissa sitä käytetään kemiallisena reagenssina, katalysaattorina ja joissain tapauksissa jopa aineena laboratoriomateriaalien puhdistamiseen. Kaikissa näissä sovelluksissa tarvitaan eri pitoisuuksia rikkihappoliuoksia, minkä vuoksi niiden valmistus on osa näiden laboratorioiden rutiiniprosesseja.
Tästä huolimatta on tärkeää tietää, että rikkihappoliuoksen valmistaminen ei tarkoita vain hapon sekoittamista veteen millään tavalla, koska sen tekeminen väärin voi olla erittäin vaarallista ja johtaa vakaviin onnettomuuksiin.
Miksi rikkihapon sekoittaminen veteen on vaarallista?
Syy siihen, miksi rikkihapon sekoittaminen veteen voi olla vaarallista, johtuu siitä, että molempia yhdisteitä yhdistettäessä tapahtuvat kemialliset reaktiot ovat erittäin eksotermisiä; eli ne vapauttavat suuria määriä lämpöä. Kyseiset reaktiot koostuvat hapon liukenemisesta ja veden protonoinnista hydroniumionien muodostamiseksi:
Toinen dissosiaatio voi myös tapahtua, mutta tämä on paljon vähemmän tärkeä kuin ensimmäinen:
Molemmat reaktiot ovat eksotermisiä, ja jos sitä ei suoriteta kontrolloidusti, kaikki tämä lämpö voi nopeasti nostaa liuoksen lämpötilan yli 100 °C:een aiheuttaen vettä (jolla on alhaisempi kiehumispiste kuin puhtaalla rikkihapolla). Tämä puolestaan tuottaa tiivistetyn hapon roiskeita, jotka voivat laskeutua silmiimme, ihollemme, vaatteillemme tai mille tahansa pinnalle laboratoriossa.
Jos näin tapahtuu, voimme saada erittäin vakavia palovammoja, koska väkevä rikkihappo tuhoaa tai hiiltyy lähes välittömästi kaikki orgaaniset aineet, jonka kanssa se joutuu kosketuksiin. Jos sitä roiskuu silmiimme, on erittäin todennäköistä, että menetämme näkömme.
Lisäksi, jos huonon onnen johdosta hengitämme väkevää rikkihappopisaroita hengitysteihin ja keuhkoihin, palovammat ja muut vammat voivat vaarantaa elämämme.
Onneksi on olemassa tapa valmistaa rikkihappoliuoksia, jotka minimoivat väkevän hapon roiskumisen ja roiskeen riskin. Tämä yhdessä kemian laboratorioiden vakioturvatoimien kanssa yleensä riittää estämään useimmat onnettomuudet ja minimoimaan niiden vaaran, jos niitä sattuu.
Turvallinen tapa valmistaa liuoksia väkevästä rikkihaposta
Peukalosääntö kun rikkihappoa sekoitetaan turvallisesti veteen, on aina lisätä rikkihappoa veteen eikä vettä rikkihappoon . Lisäksi kun väkevää rikkihappoa lisätään, saatua liuosta on sekoitettava voimakkaasti.
Tämä tarkoittaa, että ensin on lisättävä huomattava määrä vettä mittapulloon, jossa valmistetaan liuos (mitä kutsutaan vesityynyksi), ja sitten pikkuhiljaa ja jatkuvasti sekoittaen lisätään mitattu määrä väkevää happoa. Lopuksi liuoksen annetaan jäähtyä ja mittaus suoritetaan puhtaalla vedellä.
On myös tärkeää pitää mittapulloa kaulasta eikä sipulista tai leveimmästä osasta, joka on suorassa kosketuksessa liuoksen kanssa. Tämä johtuu siitä, että tämä pallon viimeinen osa voi kuumentua erittäin kuumaksi, mikä johtaa joko palovammoihin tai pallon vahingossa pudotukseen, sen rikkoutumiseen ja vaaralliseen happovuotoon.
Menettelyn perustelut
Miksi vesi lisätään ensin ja happo myöhemmin?
Syy siihen, miksi on suositeltavaa lisätä ensin vesi ja sitten happo, johtuu molempia komponentteja sekoittamalla muodostuvan järjestelmän termodynaamisista ominaisuuksista. Jos valmistamamme liuos on huomattavasti laimeampi kuin kaupallinen liuos (joka on noin 18 M), seos koostuu suuresta määrästä vettä ja pienestä määrästä väkevää happoa.
Jos lisäämme ensin happoa ja sitten vettä, pienellä määrällä happoa on hyvin pieni lämpö- (tai lämpö)kapasiteetti, joten pieni määrä lämpöä aiheuttaa suuren lämpötilan muutoksen. Tässä tilanteessa on erittäin helppoa lämmittää happoa yli 100°C, jolloin vesi kiehuu nopeasti, kuten muutama tippa vettä lisäämällä kuumaan öljypannuun.
Toisaalta, jos lisäämme suuren alkutilavuuden vettä ennen väkevän hapon lisäämistä, järjestelmän lämpökapasiteetti on paljon suurempi, koska lämpöä on jaettava suurempaan massaan ja loppulämpötila on alhaisempi. .
Miksi jatkuva agitaatio?
Sitä on sekoitettava jatkuvasti, koska liuoksen lämmönjohtavuus on rajoitettu. Toisin sanoen hapon liukenemisen aikana vapautuva lämpö ei heti jakaannu koko veteen; tämä prosessi vie aikaa. Tämän seurauksena, jos lisäämme happoa liian nopeasti sekoittamatta, on mahdollista, että lämpöä kertyy jossain vaiheessa ja veden lämpötila paikallisesti kiehuu, mikä aiheuttaa roiskeita ennen kuin lämpö haihtuu muuhun järjestelmään.
Tämä on sama asia, joka tapahtuu, kun sulaa laavaa tai hehkuvaa metallia upotetaan kylmään veteen. Näemme selvästi, kuinka vesi, joka joutuu suoraan kosketukseen raudan tai magman kanssa, kiehuu kauan ennen kuin muu osa vedestä lämpenee.
Mekaaninen sekoitus nopeuttaa lämmön jakautumista koko liuoksessa ja estää tämän tapahtumisen.
Lisäturvatoimenpiteet rikkihappoliuoksia valmistettaessa
Sen lisäksi, että noudatamme edellä mainittua liuoksen valmistusohjetta, meidän on noudatettava laboratoriotyöskentelyn vakioturvatoimenpiteitä, koska roiskeet eivät ole ainoa riski näitä liuoksia käsiteltäessä. Näitä turvatoimenpiteitä ovat:
- Käytä laboratoriotakkia ihon ja vaatteiden suojaamiseksi . Useimmat kylpytakit on valmistettu synteettisistä materiaaleista, jotka kestävät pieniä roiskeita. Toisaalta huomaamatta jäävä happopisara housuissa tai T-paidassa voi paitsi välttää vaatteidemme vahingoittumista, aiheuttaa myöhemmin vakavia palovammoja.
- Käytä lateksi- tai nitriilikäsineitä . Nämä käsineet kestävät monia kemikaaleja, mukaan lukien laimeat rikkihappoliuokset. Jos käsine joutuu kosketuksiin väkevän hapon kanssa, se antaa riittävän suojan, jotta sen poistamiseen jää aikaa ennen palovamman saamista.
- Käytä suojalaseja . Se on paras tapa suojata silmiä ja hyvää osaa kasvoista.
- Kerää hiuksesi nuttura tai poninhäntä . Pitkät hiukset ovat riski laboratoriossa. Se voi joutua kosketuksiin hapon tai muiden reagenssien kanssa, joten se on säilytettävä aina kerättynä.
- Pidä pieni pullo, jossa on natriumbikarbonaattiliuosta käsilläsi . Natriumbikarbonaatti on suola, joka tuottaa emäksisiä liuoksia, jotka pystyvät neutraloimaan jopa väkevän rikkihapon. Hapon kanssa kosketuksiin joutuvan pinnan ruiskuttaminen bikarbonaatilla vuodon sattuessa on ensimmäinen askel sen syövyttävän vaikutuksen lopettamiseksi.
Viitteet
Chang, R. (2021). Kemia (11. painos ). MCGRAW HILLIN KOULUTUS.
Dinamek. (2018, 30. marraskuuta). Kuinka valita sopivin kemikaaleja kestävä käsine . Dinamekin verkkosivusto. https://www.dinamek.com/blog/how-to-choose-the-chemical-proof-glove-most-suitable
Kuinka paljon lämpöä vapautuu, jos 98-prosenttinen (m/m) H2SO4-liuos laimennetaan 96-prosenttiseksi (m/m) . (2019, 15. helmikuuta). American Chemical Societyn verkkosivusto. 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). Vesipitoisen rikkihapon termodynaamiset ominaisuudet. Journal of Chemical & Engineering Data , 59 (8), 2389–2407. https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/je4011147