硫酸と水を安全に混ぜる方法

硫酸 (H ₂ SO ₄ ) は、最もよく知られている強力な鉱酸の 1 つです。_{これは、最高の酸化状態 (VI) にある元素硫黄のシュウ酸であり、無水硫酸または三酸化硫黄 (SO 3} )の水和に由来します。これは、最初の解離がほぼ完了し、2 番目の解離がまだ比較的強いジプロトン酸であるため、重硫酸イオン (HSO ₄ ^– ) は酸性アニオンです。

硫酸溶液は、化学および生物学の実験室で広く使用されており、化学試薬、触媒、場合によっては実験室の材料を洗浄するための薬剤としても使用されています。これらすべてのアプリケーションで、さまざまな濃度の硫酸溶液が必要とされます。そのため、これらの実験室では硫酸溶液の調製がルーチン プロセスの一部となっています。

そうは言っても、硫酸溶液の調製は、酸を水と混合するだけではないことを知っておくことが重要です。間違った方法で行うと非常に危険であり、重大な事故につながる可能性があります.

硫酸と水を混ぜると危険なのはなぜですか?

硫酸と水を混合すると危険な場合がある理由は、両方の化合物を組み合わせるときに発生する化学反応が非常に発熱的であるためです。つまり、大量の熱を放出します。問題の反応は、酸の溶解と水のプロトン化で構成され、ヒドロニウムイオンを形成します。

2 回目の解離も発生する可能性がありますが、これは最初の解離ほど重要ではありません。

どちらの反応も発熱性であり、制御された方法で実行されない場合、このすべての熱によって溶液の温度が急速に 100°C を超えて上昇し、水 (純粋な硫酸よりも沸点が低い) が発生する可能性があります。これにより、濃酸の飛沫が発生し、目、皮膚、衣服、または実験室のあらゆる表面に付着する可能性があります.

これが発生した場合、濃硫酸は接触した有機物をほぼ瞬時に破壊または炭化するため、非常に深刻な火傷を負う可能性があります. 飛沫が目に入ると、失明する可能性が非常に高くなります。

また、運が悪ければ濃硫酸の滴を吸い込み、気道や肺に到達すると、火傷やその他の怪我が命を危険にさらす可能性があります.

幸いなことに、濃酸からの飛散や飛散のリスクを最小限に抑える硫酸溶液を調製する方法があります。これは、化学実験室の一連の標準的なセキュリティ対策と合わせて、通常、ほとんどの事故を防ぎ、発生した場合の危険を最小限に抑えるのに十分です.

濃硫酸から溶液を調製する安全な方法

硫酸を水と安全に混合するときの経験則は、硫酸に水ではなく、常に硫酸を水に加えることです。また、濃硫酸を加える際には、溶液を激しく攪拌する必要があります。

これは、最初に、溶液を調製するメスフラスコにかなりの量の水を追加する必要があり (ウォーター クッションと呼ばれるもの)、一定の攪拌下で、測定した量の濃酸を少しずつ追加することを意味します。最後に、溶液を冷却し、純水で測定を完了します。

また、溶液と直接接触しているバルブまたは最も広い部分ではなく、首でメスフラスコを保持することも重要です。これは、ボールのこの最後の部分が非常に熱くなり、やけどをしたり、誤ってボールを落としてボールを壊したり、危険な酸の流出を引き起こしたりする可能性があるためです.

手続きの正当化

水を先に加えてから酸を加えるのはなぜですか?

最初に水を加えてから酸を加えることが好ましい理由は、両方の成分を混合することによって形成される系の熱力学的特性の結果です。調製しようとしている溶液が市販の溶液 (約 18 M) よりもかなり希薄である場合、混合物は大量の水と少量の濃酸で構成されます。

最初に酸を加えてから水を加えると、少量の酸の熱 (または熱) 容量は非常に小さいため、少量の熱で大きな温度変化が生じます。この状況では、酸を100°C以上に加熱するのは非常に簡単で、熱した油の鍋に数滴の水を加えるように、水を急速に沸騰させます.

一方、濃酸を追加する前に大量の水を最初に追加すると、システムの熱容量がはるかに高くなります。これは、熱をより大きな質量に分散させる必要があり、最終温度が低くなるためです。 .

なぜ絶え間ない動揺？

溶液の熱伝導率は限られているため、常に攪拌する必要があります。言い換えれば、酸の溶解中に放出された熱は、水全体に即座に分配されるわけではありません。このプロセスには時間がかかります。結果として、攪拌せずに酸を急速に追加すると、ある時点で熱が蓄積し、水の温度が局所的に沸騰して、熱がシステムの残りの部分に放散する前に飛び散る可能性があります.

これは、溶岩や白熱金属を冷水に浸したときに起こることと同じです。鉄やマグマと直接接触する水が、残りの水が熱くなるずっと前に沸騰する様子をはっきりと見ることができます。

機械的に攪拌することで、溶液全体に熱が分散しやすくなり、これを防ぐことができます。

硫酸溶液を調製する際の追加の安全対策

溶液を調製するために前述のプロトコルに従うことに加えて、これらの溶液を取り扱う際のリスクは飛沫だけではないため、実験室での作業の標準的な安全対策を遵守する必要があります。これらのセキュリティ対策には、次のものが含まれます。

• 皮膚や衣類を保護するために白衣を着用してください。ほとんどのガウンは、わずかな水しぶきに耐えることができる合成素材で作られています. 一方、衣服への損傷を避けることに加えて、ズボンや T シャツに一滴の酸が見過ごされてしまうと、後で深刻な皮膚のやけどを引き起こす可能性があります。
• ラテックスまたはニトリルの手袋を着用してください。これらの手袋は、希硫酸溶液を含む多くの化学薬品に耐性があります。濃酸と接触した場合、手袋は火傷を負う前に手袋を外すのに十分な保護を提供します.
• 安全メガネを着用してください。目と顔の良い部分を保護する最良の方法です。
• 髪をお団子やポニーテールにまとめます。実験室では長い髪は危険です。酸や他の試薬と接触する可能性があるため、常に収集しておく必要があります。
• 手元に炭酸水素ナトリウム溶液の入った小さなボトルを用意してください。重炭酸ナトリウムは、濃硫酸でさえも中和できるアルカリ溶液を生成する塩です。こぼれた場合に酸と接触する表面に重炭酸塩をスプレーすることは、腐食作用を止めるために取らなければならない最初のステップです.

参考文献

チャン、R. (2021)。化学（第11版^）。MCGRAW ヒル教育。

ディナメク。(2018 年 11 月 30 日)。最適な耐薬品性手袋の選び方 ディナメックのサイト。https://www.dinamek.com/blog/how-to-choose-the-chemical-resistant-glove-most-suitable

98% (m/m) H2SO4 溶液を 96% (m/m) に希釈した場合に放出される熱量。（2019年2月15日）。アメリカ化学会のウェブサイト。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)。硫酸水溶液の熱力学的性質。Journal of Chemical & Engineering Data、59 (8)、2389–2407。https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/je4011147