Hogyan keverjük össze biztonságosan a kénsavat és a vizet

A kénsav (H ₂ SO ₄ ) az egyik legismertebb erős ásványi sav. _{Ez a kén elem oxsavja a legmagasabb oxidációs állapotában (VI), és kénsav-anhidrid vagy kén-trioxid (SO 3} ) hidratációjából származik . Ez egy diprotikus sav, amelynek első disszociációja majdnem teljes, a második disszociációja még viszonylag erős, tehát a biszulfátion (HSO ₄ ^– ) savas anion.

A kénsav oldatok mindenütt jelen vannak a kémiai és biológiai laboratóriumokban, ahol kémiai reagensként, katalizátorként, sőt egyes esetekben laboratóriumi anyagok tisztítására is használják. Mindezekben az alkalmazásokban különböző koncentrációjú kénsav oldatokra van szükség, ezért ezek elkészítése a rutin folyamatok része ezekben a laboratóriumokban.

Ennek ellenére fontos tudni, hogy a kénsavas oldat elkészítése nem csak a sav vízzel való bármilyen módon történő összekeveréséből áll, mivel ennek helytelen elkészítése nagyon veszélyes és súlyos balesetekhez vezethet.

Miért veszélyes a kénsavat vízzel keverni?

A kénsav vízzel való keverése azért lehet veszélyes, mert a két vegyület keverésekor fellépő kémiai reakciók nagyon exotermek; vagyis nagy mennyiségű hőt bocsátanak ki. A szóban forgó reakciók a sav feloldásából és a víz protonálódásából állnak, így hidroniumionok keletkeznek:

Második disszociáció is előfordulhat, de ez sokkal kevésbé fontos, mint az első:

Mindkét reakció exoterm, és ha nem ellenőrzött módon hajtjuk végre, ez a sok hő gyorsan 100 °C fölé emelheti az oldat hőmérsékletét, ami vizet (amelynek forráspontja alacsonyabb, mint a tiszta kénsavé) okozhat. Ez viszont koncentrált sav fröccsenését eredményezi, amely a szemünkbe, a bőrünkre, a ruházatra vagy a laboratórium bármely felületére kerülhet.

Ha ez megtörténik, nagyon súlyos égési sérüléseket szenvedhetünk, mivel a tömény kénsav szinte azonnal elpusztítja vagy elszenesíti a vele érintkező szerves anyagokat. Ha a szemünkbe fröccsen, nagyon valószínű, hogy elveszítjük a látásunkat.

Továbbá, ha balszerencse folytán tömény kénsavcseppeket szívunk be, és azok a légutakba és a tüdőnkbe jutnak, égési és egyéb sérülések veszélyeztethetik életünket.

Szerencsére létezik olyan kénsavoldat készítésének módja, amely minimálisra csökkenti a tömény sav porlasztásának és kifröccsenésének kockázatát. Ez a kémiai laboratóriumokban alkalmazott szabványos biztonsági intézkedésekkel együtt általában elegendő a legtöbb baleset megelőzéséhez, és minimálisra csökkenti annak veszélyét, ha mégis bekövetkezne.

Tömény kénsavból készült oldatok készítésének biztonságos módja

A kénsavat vízzel való biztonságos keveréskor az a ökölszabály , hogy mindig a kénsavat adjuk a vízhez, és ne a vizet a kénsavhoz . Ezenkívül a tömény kénsavat adagolásakor a kapott oldatot erőteljesen keverni kell.

Ez azt jelenti, hogy először a mérőlombikba, ahol az oldatot elkészítjük, jelentős mennyiségű vizet kell önteni (amit vízpárnának nevezünk), majd apránként, folyamatos keverés mellett hozzáadjuk a mért térfogatú tömény savat. Végül az oldatot hagyjuk lehűlni, és a mérést tiszta vízzel fejezzük be.

Az is fontos, hogy a mérőlombikot a nyakánál fogva tartsa, ne pedig a buránál vagy a legszélesebb résznél, amely közvetlenül érintkezik az oldattal. Ennek az az oka, hogy a labda utolsó része nagyon felforrósodhat, ami égési sérüléseket okozhat, vagy véletlenül leejti a labdát, eltöri és veszélyes savkiömlést okozhat.

Az eljárás indokolása

Miért adják hozzá először a vizet és később a savat?

A két komponens összekeverésével létrejövő rendszer termodinamikai tulajdonságaiból adódóan előnyösebb először a vizet, majd a savat adagolni. Ha az elkészítendő oldat lényegesen hígabb, mint a kereskedelmi oldat (amely körülbelül 18 M), akkor a keverék nagy mennyiségű vízből és kis mennyiségű tömény savból áll.

Ha először a savat, majd a vizet adjuk hozzá, akkor a kis mennyiségű savnak nagyon kicsi lesz a hő (vagy hő) kapacitása, így kis mennyiségű hő nagy hőmérsékletváltozást okoz. Ebben a helyzetben nagyon könnyű a savat 100 °C fölé melegíteni, amitől a víz gyorsan felforr, mintha néhány csepp vizet adnánk egy serpenyőben forró olajhoz.

Másrészt, ha a tömény sav hozzáadása előtt nagy mennyiségű vizet adunk hozzá, akkor a rendszer hőkapacitása sokkal nagyobb lesz, mivel a hőt nagyobb tömegre kell elosztani, és a véghőmérséklet is alacsonyabb lesz. .

Miért az állandó izgalom?

Folyamatosan keverni kell, mert az oldat hővezető képessége korlátozott. Más szóval, a sav oldódása során felszabaduló hő nem oszlik el azonnal a vízben; ez a folyamat időt vesz igénybe. Ennek következtében, ha túl gyorsan, keverés nélkül adjuk hozzá a savat, előfordulhat, hogy egy ponton hő gyűlik fel, és a víz hőmérséklete helyileg felforr, fröcskölést okozva, mielőtt a hő eloszlik a rendszer többi részében.

Ez ugyanaz, ami akkor történik, amikor olvadt lávát vagy izzó fémet hideg vízbe merítenek. Jól láthatjuk, hogy a vassal vagy magmával közvetlenül érintkező víz jóval azelőtt felforr, hogy a többi víz felforrósodik.

A mechanikus keverés felgyorsítja a hő eloszlását az oldatban, és megakadályozza, hogy ez megtörténjen.

További biztonsági intézkedések kénsavoldatok készítésekor

Amellett, hogy a fent említett oldatkészítési protokollt betartjuk, be kell tartanunk a laboratóriumi munkavégzésre vonatkozó szabványos biztonsági intézkedéseket, mivel ezen oldatok kezelésekor nem csak a kifröccsenés jelenti a veszélyt. Ezek a biztonsági intézkedések magukban foglalják:

• Viseljen laborköpenyt a bőr és a ruházat védelme érdekében . A legtöbb köpeny szintetikus anyagokból készül, amelyek ellenállnak a kisebb fröccsenéseknek. Másrészt amellett, hogy elkerüljük a ruháink sérülését, egy csepp sav a nadrágon vagy egy pólón, amely észrevétlenül marad, a későbbiekben komoly bőrégést okozhat.
• Viseljen latex vagy nitril kesztyűt . Ezek a kesztyűk számos vegyszernek ellenállnak, beleértve a híg kénsav oldatokat is. Koncentrált savval való érintkezés esetén a kesztyű elegendő védelmet nyújt ahhoz, hogy elegendő időt hagyjon eltávolítani, mielőtt égési sérülést szenvedne.
• Viseljen védőszemüveget . Ez a legjobb módja a szem és az arc egy jó részének védelmének.
• Gyűjtsd össze a hajad kontyba vagy lófarokba . A hosszú haj kockázatot jelent a laboratóriumban. Savval vagy más reagensekkel érintkezhet, ezért mindig gyűjteni kell.
• Legyen kéznél egy kis üveg nátrium-hidrogén-karbonát oldattal . A nátrium-hidrogén-karbonát olyan só, amely lúgos oldatokat hoz létre, amelyek képesek még a tömény kénsavat semlegesíteni. Kiömlés esetén a savval érintkezésbe kerülő felület bikarbonáttal történő permetezése az első lépés, amelyet meg kell tenni a korrozív hatás megállítása érdekében.

Hivatkozások

Chang, R. (2021). Kémia (11. ^kiadás ). MCGRAW HILL OKTATÁS.

Dinamek. (2018. november 30.). Hogyan válasszuk ki a legmegfelelőbb vegyszerálló kesztyűt . Dinamek honlapja. https://www.dinamek.com/blog/how-to-choose-the-chemical-proof-glove-most-suitable

Mennyi hő szabadul fel, ha egy 98%-os (m/m) H2SO4 oldatot 96%-ra (m/m) hígítunk . (2019. február 15.). American Chemical Society honlapja. 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. és Taskinen, P. (2014). A vizes kénsav termodinamikai tulajdonságai. Journal of Chemical & Engineering Data , 59 (8), 2389–2407. https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/je4011147