황산과 물을 안전하게 혼합하는 방법

황산(H ₂ SO ₄ )은 가장 잘 알려진 강력한 무기산 중 하나입니다. 가장 높은 산화 상태(VI)에 있는 원소 황의 옥산이며 무수황 또는 삼산화황(SO ₃ )의 수화에서 나옵니다. 첫 번째 해리가 거의 완료되고 두 번째 해리가 여전히 상대적으로 강한 이양자 산이므로 중황산 이온(HSO ₄ ^– )은 산성 음이온입니다.

황산 용액은 화학 및 생물학 실험실에서 흔히 볼 수 있으며 화학 시약, 촉매, 경우에 따라 실험실 재료를 세척하는 약제로도 사용됩니다. 이러한 모든 응용 분야에서 다양한 농도의 황산 용액이 필요하므로 이를 준비하는 것이 이러한 실험실에서 일상적인 프로세스의 일부입니다.

즉, 황산 용액을 준비하는 것은 산과 물을 어떤 식으로든 혼합하는 것이 아니라는 점을 아는 것이 중요합니다. 잘못된 방법으로 사용하면 매우 위험하고 심각한 사고로 이어질 수 있기 때문입니다.

황산과 물의 혼합이 위험한 이유는 무엇입니까?

황산과 물을 혼합하는 것이 위험할 수 있는 이유는 두 화합물을 결합할 때 발생하는 화학 반응이 매우 발열 반응이기 때문입니다. 즉, 많은 양의 열을 방출합니다. 문제의 반응은 산의 용해와 수소 이온을 형성하기 위한 물의 양성자화로 구성됩니다.

두 번째 해리도 발생할 수 있지만 첫 번째 해리보다 훨씬 덜 중요합니다.

두 반응 모두 발열 반응이며 제어된 방식으로 수행되지 않으면 이 모든 열이 용액의 온도를 100°C 이상으로 빠르게 상승시켜 물(순수한 황산보다 낮은 끓는점을 가짐)을 생성할 수 있습니다. 이것은 차례로 우리의 눈, 피부, 의복 또는 실험실의 모든 표면에 떨어질 수 있는 농축된 산이 튀는 것을 생성합니다.

이런 일이 발생하면 농축 황산이 접촉하는 모든 유기물을 거의 즉시 파괴하거나 탄화시키기 때문에 매우 심각한 화상을 입을 수 있습니다. 우리 눈에 튀면 시력을 잃을 가능성이 매우 높습니다.

또한 운이 나쁘게 농축 황산 방울을 흡입하여 호흡기와 폐에 도달하면 화상 및 기타 부상으로 생명이 위태로울 수 있습니다.

다행스럽게도 진한 산에서 스퍼터링 및 스패터링의 위험을 최소화하는 황산 용액을 준비하는 방법이 있습니다. 이는 모든 화학 실험실의 일련의 표준 보안 조치와 함께 일반적으로 대부분의 사고를 예방하고 사고 발생 시 위험을 최소화하기에 충분합니다.

진한 황산에서 용액을 준비하는 안전한 방법

황산을 물과 안전하게 혼합할 때의 경험 법칙은 항상 황산에 물을 첨가하는 것이 아니라 물에 황산을 첨가하는 것입니다 . 또한 진한 황산을 첨가함에 따라 생성된 용액을 격렬하게 교반해야 한다.

이것은 먼저 우리가 용액을 준비할 메스 플라스크에 상당한 양의 물을 추가해야 함을 의미합니다(우리가 물 쿠션이라고 함). 그런 다음 조금씩 일정한 교반 하에 측정된 양의 농축 산을 추가합니다. 마지막으로 용액을 식히고 순수한 물로 측정을 완료합니다.

벌브 또는 용액과 직접 접촉하는 가장 넓은 부분이 아닌 목으로 메스 플라스크를 잡는 것도 중요합니다. 이것은 공의 마지막 부분이 매우 뜨거워져 화상을 입거나 실수로 공을 떨어뜨려 깨뜨려 위험한 산을 쏟을 수 있기 때문입니다.

절차의 정당성

물을 먼저 첨가하고 산을 나중에 첨가하는 이유는 무엇입니까?

먼저 물을 첨가한 다음 산을 첨가하는 것이 바람직한 이유는 두 성분을 혼합하여 형성되는 시스템의 열역학적 특성의 결과입니다. 우리가 준비하려는 용액이 상용 용액(약 18M)보다 훨씬 더 희석된 경우 혼합물은 다량의 물과 소량의 진한 산으로 구성됩니다.

산을 먼저 첨가한 다음 물을 첨가하면 소량의 산은 열(또는 열) 용량이 매우 작기 때문에 소량의 열은 큰 온도 변화를 일으킵니다. 이 상황에서는 산을 100°C 이상으로 가열하기가 매우 쉬워서 뜨거운 기름 팬에 물 몇 방울을 추가하는 것처럼 물이 빠르게 끓게 합니다.

반면에 농축산을 첨가하기 전에 초기 부피의 물을 많이 첨가하면 열이 더 큰 질량으로 분산되어야 하고 최종 온도가 낮아지기 때문에 시스템의 열용량은 훨씬 더 높아질 것입니다. .

왜 끊임없는 동요인가?

용액의 열전도율이 제한되어 있기 때문에 지속적으로 저어주어야 합니다. 즉, 산이 용해되는 동안 방출되는 열은 즉시 물 전체에 분산되지 않습니다. 이 과정은 시간이 걸립니다. 결과적으로 교반하지 않고 너무 빨리 산을 추가하면 한 지점에서 열이 축적되어 국부적으로 물의 온도가 끓어 열이 시스템의 나머지 부분으로 분산되기 전에 스패터링이 발생할 수 있습니다.

이것은 녹은 용암이나 백열 금속이 차가운 물에 빠졌을 때 일어나는 것과 같은 것입니다. 우리는 철이나 마그마와 직접 접촉하는 물이 나머지 물이 뜨거워지기 훨씬 전에 어떻게 끓는지를 분명히 볼 수 있습니다.

교반은 용액 전체의 열 분포를 기계적으로 가속화하여 이러한 현상이 발생하지 않도록 합니다.

황산 용액 준비 시 추가 안전 조치

용액을 준비하기 위해 앞서 언급한 프로토콜을 따르는 것 외에도 실험실 작업에 대한 표준 안전 조치를 준수해야 합니다. 이러한 용액을 취급할 때 튀는 것이 유일한 위험은 아니기 때문입니다. 이러한 보안 조치에는 다음이 포함됩니다.

• 피부와 의복을 보호하기 위해 실험복을 입으십시오 . 대부분의 가운은 약간의 물 튀김을 견딜 수 있는 합성 소재로 만들어집니다. 반면에 바지나 티셔츠에 산이 묻으면 옷이 손상되는 것을 방지할 수 있을 뿐 아니라 나중에 심각한 피부 화상을 입을 수 있습니다.
• 라텍스 또는 니트릴 장갑을 착용하십시오 . 이 장갑은 묽은 황산 용액을 포함한 많은 화학 물질에 내성이 있습니다. 농축된 산과 접촉하는 경우 장갑은 화상을 입기 전에 장갑을 벗을 수 있는 충분한 보호 기능을 제공합니다.
• 보안경을 착용하십시오 . 눈과 얼굴의 좋은 부분을 보호하는 가장 좋은 방법입니다.
• 롤빵이나 포니테일로 머리를 모으십시오 . 긴 머리는 실험실에서 위험합니다. 산이나 다른 시약과 접촉할 수 있으므로 항상 수집해야 합니다.
• 중탄산나트륨 용액이 담긴 작은 병을 준비하십시오 . 중탄산나트륨은 진한 황산도 중화할 수 있는 알칼리성 용액을 생성하는 염입니다. 유출 시 중탄산염을 산과 접촉하는 표면에 분사하는 것은 부식 작용을 중지하기 위해 취해야 하는 첫 번째 단계입니다.

참조

장로(2021). 화학 (11 ^판 .). MCGRAW 힐 교육.

디나멕. (2018년 11월 30일). 가장 적합한 내화학성 장갑을 선택하는 방법 . 디나멕 웹사이트. https://www.dinamek.com/blog/how-to-choose-the-chemical-resistant-glove-most-suitable

98%(m/m) H2SO4 용액을 96%(m/m)로 희석하면 얼마나 많은 열이 방출됩니까 ? (2019년 2월 15일). 미국화학학회 홈페이지. 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). 수성 황산의 열역학적 특성. 화학 및 공학 데이터 저널 , 59 (8), 2389–2407. https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/je4011147