Hur man blandar svavelsyra och vatten på ett säkert sätt

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


Svavelsyra (H 2 SO 4 ) är en av de mest kända starka mineralsyrorna. Det är oxsyran av grundämnet svavel i dess högsta oxidationstillstånd (VI) och kommer från hydratisering av svavelsyraanhydrid eller svaveltrioxid (SO 3 ). Det är en diprotisk syra vars första dissociation är nästan fullständig och vars andra dissociation fortfarande är relativt stark, så bisulfatjonen (HSO 4 ) är en sur anjon.

Svavelsyralösningar finns överallt i kemi- och biologilaboratorier, där de används som ett kemiskt reagens, som en katalysator och i vissa fall även som ett medel för att rengöra laboratoriematerial. I alla dessa applikationer krävs svavelsyralösningar med olika koncentrationer, varför beredningen av dem är en del av de rutinmässiga processerna i dessa laboratorier.

Med detta sagt är det viktigt att veta att att förbereda en svavelsyralösning inte bara handlar om att blanda syran med vatten på något sätt, eftersom att göra det på fel sätt kan vara mycket farligt och leda till några allvarliga olyckor.

Varför är det farligt att blanda svavelsyra med vatten?

Anledningen till att det kan vara farligt att blanda svavelsyra med vatten är att de kemiska reaktionerna som uppstår när man kombinerar båda föreningarna är mycket exotermiska; det vill säga de avger stora mängder värme. Reaktionerna i fråga består av upplösningen av syran och protoneringen av vattnet för att bilda hydroniumjoner:

Hur man blandar svavelsyra och vatten på ett säkert sätt

En andra dissociation kan också inträffa, men denna är mycket mindre viktig än den första:

Hur man blandar svavelsyra och vatten på ett säkert sätt

Båda reaktionerna är exoterma och om de inte utförs på ett kontrollerat sätt kan all denna värme snabbt höja temperaturen på lösningen till över 100°C, vilket orsakar vatten (som har en lägre kokpunkt än ren svavelsyra). Detta i sin tur ger stänk av koncentrerad syra som kan hamna i våra ögon, på vår hud, på kläder eller på vilken yta som helst i laboratoriet.

Hur man blandar svavelsyra och vatten på ett säkert sätt

Om detta händer kan vi få mycket allvarliga brännskador, eftersom koncentrerad svavelsyra nästan omedelbart förstör eller förkolnar allt organiskt material som den kommer i kontakt med. Om det stänker i våra ögon är det mycket troligt att vi förlorar synen.

Dessutom, om vi av otur andas in droppar av koncentrerad svavelsyra och de når våra andningsvägar och lungor, kan brännskador och andra skador äventyra våra liv.

Lyckligtvis finns det ett sätt att framställa svavelsyralösningar som minimerar risken för sputtring och stänk från koncentrerad syra. Detta, tillsammans med en rad standardsäkerhetsåtgärder i alla kemilaboratorier, är vanligtvis tillräckligt för att förhindra de flesta olyckor och minimera deras fara om de skulle inträffa.

Det säkra sättet att förbereda lösningar från koncentrerad svavelsyra

Tumregeln när man säkert blandar svavelsyra med vatten är att alltid tillsätta svavelsyran i vattnet och inte vattnet till svavelsyran . När den koncentrerade svavelsyran tillsätts måste också den resulterande lösningen omröras kraftigt.

Det betyder att vi först måste tillsätta en avsevärd mängd vatten i mätkolven där vi ska förbereda lösningen (vad vi kallar en vattenkudde) och sedan, lite i taget och under konstant omrörning, tillsätter vi den uppmätta volymen koncentrerad syra. Slutligen får lösningen svalna och mätningen avslutas med rent vatten.

Det är också viktigt att hålla mätkolven vid halsen snarare än vid glödlampan eller den bredaste delen som är i direkt kontakt med lösningen. Detta beror på att den sista delen av bollen kan bli väldigt varm, vilket antingen leder till brännskador eller till att bollen av misstag tappas, bryta den och orsaka farligt syraspill.

Motivering av förfarandet

Varför tillsätts vattnet först och syran senare?

Anledningen till att det är att föredra att tillsätta vattnet först och sedan syran är en följd av de termodynamiska egenskaperna hos systemet som bildas genom att blanda båda komponenterna. Om lösningen vi ska förbereda är betydligt mer utspädd än den kommersiella lösningen (som är cirka 18 M), så kommer blandningen att bestå av en stor mängd vatten och en liten mängd koncentrerad syra.

Om vi ​​tillsätter syran först och sedan vattnet kommer den lilla mängden syra att ha en mycket liten värme (eller värme) kapacitet, så en liten mängd värme kommer att orsaka en stor temperaturförändring. I den här situationen är det mycket lätt att värma syran över 100°C, vilket får vattnet att koka snabbt, som att tillsätta några droppar vatten i en kastrull med het olja.

Å andra sidan, om vi tillsätter en stor initial volym vatten innan vi tillsätter den koncentrerade syran, kommer systemets värmekapacitet att vara mycket högre, eftersom värmen måste fördelas över en större massa och sluttemperaturen blir lägre .

Varför den ständiga agitationen?

Den måste hela tiden omröras eftersom lösningens värmeledningsförmåga är begränsad. Med andra ord, värmen som frigörs under upplösningen av syran fördelas inte omedelbart genom vattnet; denna process tar tid. Som en konsekvens av detta, om vi tillsätter syran för snabbt utan att röra om, är det möjligt för värme att byggas upp vid en punkt och bringa temperaturen på vattnet lokalt till en koka, vilket orsakar stänk innan värmen försvinner till resten av systemet.

Detta är samma sak som händer när smält lava eller glödande metall kastas i kallt vatten. Vi kan tydligt se hur vatten som kommer i direkt kontakt med järn eller magma kokar långt innan resten av vattnet blir varmt.

Omrörning påskyndar mekaniskt värmefördelningen i lösningen och förhindrar att detta händer.

Ytterligare säkerhetsåtgärder vid beredning av svavelsyralösningar

Förutom att följa det ovannämnda protokollet för att förbereda lösningen måste vi följa standardsäkerhetsåtgärderna för laboratoriearbete, eftersom stänk inte är den enda risken vid hantering av dessa lösningar. Dessa säkerhetsåtgärder inkluderar:

  • Bär en labbrock för att skydda hud och kläder . De flesta klänningar är gjorda av syntetiska material som tål mindre stänk. Å andra sidan, förutom att undvika skador på våra kläder, kan en droppe syra på byxor eller en t-shirt som inte märks, orsaka allvarliga brännskador på huden senare.
  • Använd handskar av latex eller nitril . Dessa handskar är resistenta mot många kemikalier, inklusive utspädda svavelsyralösningar. I händelse av kontakt med koncentrerad syra ger handsken tillräckligt med skydd för att ge tid att ta bort den innan den bränns.
  • Bär skyddsglasögon . Det är det bästa sättet att skydda ögonen och en bra del av ansiktet.
  • Samla ditt hår i en bulle eller en hästsvans . Långt hår är en risk i laboratoriet. Det kan komma i kontakt med syra eller andra reagens, så det måste alltid förvaras uppsamlat.
  • Ha en liten flaska med en lösning av natriumbikarbonat till hands . Natriumbikarbonat är ett salt som producerar alkaliska lösningar som kan neutralisera även koncentrerad svavelsyra. Att spraya ytan som kommer i kontakt med syran med bikarbonat i händelse av ett spill är det första steget som måste tas för att stoppa dess frätande verkan.

Referenser

Chang, R. (2021). Chemistry (11: e upplagan ). MCGRAW HILL UTBILDNING.

Dinamak. (2018, 30 november). Hur man väljer den mest lämpliga kemikaliebeständiga handsken . Dinameks hemsida. https://www.dinamek.com/blog/how-to-choose-the-chemical-resistant-glove-most-suitable

Hur mycket värme kommer att frigöras om en 98 % (m/m) H2SO4-lösning späds till 96 % (m/m) . (2019, 15 februari). American Chemical Society webbplats. 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). Termodynamiska egenskaper hos vattenhaltig svavelsyra. Journal of Chemical & Engineering Data , 59 (8), 2389–2407. https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/je4011147

-Annons-

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

Artículos relacionados

Flamfärgtestet