Tabla de Contenidos
Acidul sulfuric (H 2 SO 4 ) este unul dintre cei mai cunoscuți acizi minerali tari. Este oxacidul elementului sulf în cea mai mare stare de oxidare (VI) și provine din hidratarea anhidridei sulfurice sau trioxidului de sulf (SO 3 ). Este un acid diprotic a cărui primă disociere este aproape completă și a cărui a doua disociere este încă relativ puternică, deci ionul bisulfat (HSO 4 – ) este un anion acid.
Soluțiile de acid sulfuric sunt omniprezente în laboratoarele de chimie și biologie, unde este folosit ca reactiv chimic, ca catalizator și, în unele cazuri, chiar ca agent pentru curățarea materialelor de laborator. În toate aceste aplicații sunt necesare soluții de acid sulfuric de diferite concentrații, motiv pentru care prepararea acestora face parte din procesele de rutină din aceste laboratoare.
Acestea fiind spuse, este important de știut că prepararea unei soluții de acid sulfuric nu înseamnă doar amestecarea acidului cu apă în orice fel, deoarece o procedură greșită poate fi foarte periculos și poate duce la unele accidente grave.
De ce este periculoasă amestecarea acidului sulfuric cu apă?
Motivul pentru care amestecarea acidului sulfuric cu apa poate fi periculoasa este pentru ca reactiile chimice care apar la combinarea ambilor compusi sunt foarte exoterme; adică eliberează cantități mari de căldură. Reacțiile în cauză constau în dizolvarea acidului și protonarea apei pentru a forma ioni de hidroniu:
Poate apărea și o a doua disociere, dar aceasta este mult mai puțin importantă decât prima:
Ambele reacții sunt exoterme, iar dacă nu sunt efectuate într-o manieră controlată, toată această căldură poate ridica rapid temperatura soluției la peste 100°C, producând apă (care are un punct de fierbere mai scăzut decât acidul sulfuric pur). Aceasta, la rândul său, produce stropi de acid concentrat care pot ateriza în ochii noștri, pe piele, pe îmbrăcăminte sau pe orice suprafață din laborator.
Dacă se întâmplă acest lucru, putem suferi arsuri foarte grave, deoarece acidul sulfuric concentrat distruge aproape instantaneu sau carbonizează orice materie organică cu care intră în contact. Dacă ni se stropește în ochi, este foarte probabil să ne pierdem vederea.
De asemenea, dacă din ghinion inhalăm picături de acid sulfuric concentrat și acestea ajung în tractul respirator și în plămâni, arsurile și alte leziuni ne pot pune viața în pericol.
Din fericire, există o modalitate de a prepara soluții de acid sulfuric care minimizează riscul de pulverizare și stropire din acidul concentrat. Acest lucru, împreună cu o serie de măsuri standard de securitate în orice laborator de chimie, sunt de obicei suficiente pentru a preveni majoritatea accidentelor și pentru a minimiza pericolul lor dacă acestea ar avea loc.
Modul sigur de a prepara soluții din acid sulfuric concentrat
Regula de bază atunci când amestecați în siguranță acidul sulfuric cu apă este să adăugați întotdeauna acidul sulfuric în apă și nu apa la acidul sulfuric . De asemenea, pe măsură ce se adaugă acidul sulfuric concentrat, soluția rezultată trebuie agitată energic.
Asta inseamna ca mai intai trebuie sa adaugam o cantitate considerabila de apa in balonul cotat in care vom prepara solutia (ceea ce numim perna de apa) si apoi, putin cate putin si sub agitare constanta, adaugam volumul masurat de acid concentrat. În cele din urmă, soluția este lăsată să se răcească și măsurarea se completează cu apă pură.
De asemenea, este important să țineți balonul cotat de gât, mai degrabă decât de bulb sau de partea cea mai lată care este în contact direct cu soluția. Acest lucru se datorează faptului că această ultimă parte a mingii poate deveni foarte fierbinte, ducând fie la arsuri, fie la scăparea accidentală a mingii, rupându-l și provocând o scurgere periculoasă de acid.
Justificarea procedurii
De ce se adaugă mai întâi apa și acidul mai târziu?
Motivul pentru care se preferă să se adauge mai întâi apa și apoi acidul este o consecință a proprietăților termodinamice ale sistemului care se formează prin amestecarea ambelor componente. Dacă soluția pe care urmează să o preparăm este considerabil mai diluată decât soluția comercială (care este de aproximativ 18 M), atunci amestecul va consta dintr-o cantitate mare de apă și o cantitate mică de acid concentrat.
Dacă adăugăm mai întâi acidul și apoi apa, cantitatea mică de acid va avea o capacitate de căldură (sau căldură) foarte mică, deci o cantitate mică de căldură va provoca o schimbare mare de temperatură. În această situație, va fi foarte ușor să încălziți acidul peste 100°C, determinând apa să fiarbă rapid, ca și cum ați adăuga câteva picături de apă într-o tigaie cu ulei încins.
Pe de altă parte, dacă adăugăm un volum inițial mare de apă înainte de a adăuga acidul concentrat, capacitatea termică a sistemului va fi mult mai mare, deoarece căldura va trebui distribuită pe o masă mai mare, iar temperatura finală va fi mai mică. .
De ce agitația constantă?
Trebuie agitat constant deoarece conductivitatea termică a soluției este limitată. Cu alte cuvinte, căldura degajată în timpul dizolvării acidului nu este distribuită instantaneu în apă; acest proces necesită timp. În consecință, dacă adăugăm acidul prea repede fără a amesteca, este posibil ca căldura să se acumuleze la un moment dat și să aducă temperatura apei local la fierbere, provocând stropire înainte ca căldura să se disipeze în restul sistemului.
Acesta este același lucru care se întâmplă atunci când lava topită sau metalul incandescent este scufundat în apă rece. Putem vedea clar cum apa care intră în contact direct cu fierul sau magma fierbe cu mult înainte ca restul apei să devină fierbinte.
Agitarea accelerează mecanic distribuirea căldurii în întreaga soluție și previne acest lucru.
Măsuri suplimentare de siguranță la prepararea soluțiilor de acid sulfuric
Pe lângă respectarea protocolului menționat anterior pentru prepararea soluției, trebuie să respectăm măsurile standard de siguranță pentru lucrările de laborator, deoarece stropii nu reprezintă singurul risc la manipularea acestor soluții. Aceste măsuri de securitate includ:
- Purtați o halat de laborator pentru a proteja pielea și îmbrăcămintea . Cele mai multe rochii sunt realizate din materiale sintetice capabile să reziste la stropiri minore. Pe de altă parte, pe lângă faptul că evităm deteriorarea hainelor noastre, o picătură de acid pe pantaloni sau un tricou care trece neobservată poate provoca arsuri grave ale pielii mai târziu.
- Purtați mănuși de latex sau nitril . Aceste mănuși sunt rezistente la multe substanțe chimice, inclusiv soluții de acid sulfuric diluat. În cazul contactului cu acidul concentrat, mănușa oferă suficientă protecție pentru a lăsa timp să o îndepărteze înainte de a suferi o arsură.
- Purtați ochelari de protecție . Este cel mai bun mod de a proteja ochii și o bună parte a feței.
- Strânge-ți părul într-un coc sau o coadă de cal . Părul lung este un risc în laborator. Poate intra în contact cu acid sau alți reactivi, așa că trebuie păstrat tot timpul colectat.
- Aveți la îndemână o sticlă mică cu o soluție de bicarbonat de sodiu . Bicarbonatul de sodiu este o sare care produce soluții alcaline capabile să neutralizeze chiar și acidul sulfuric concentrat. Pulverizarea suprafeței care intră în contact cu acidul cu bicarbonat în cazul unei scurgeri este primul pas care trebuie făcut pentru a opri acțiunea corozivă a acestuia.
Referințe
Chang, R. (2021). Chimie ( ed . a 11-a). MCGRAW HILL EDUCAȚIE.
Dinamek. (2018, 30 noiembrie). Cum să alegi cea mai potrivită mănușă rezistentă la substanțe chimice . site-ul Dinamek. https://www.dinamek.com/blog/how-to-choose-the-chemical-resistant-glove-most-suitable
Câtă căldură va fi eliberată dacă o soluție de H2SO4 98% (m/m) este diluată la 96% (m/m) . (2019, 15 februarie). Site-ul Societății Chimice Americane. 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. și Taskinen, P. (2014). Proprietățile termodinamice ale acidului sulfuric apos. Journal of Chemical & Engineering Data , 59 (8), 2389–2407. https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/je4011147
