Cách pha axit sunfuric và nước an toàn

Axit sunfuric (H ₂ SO ₄ ) là một trong những axit vô cơ mạnh được biết đến nhiều nhất. Nó là oxaxit của nguyên tố lưu huỳnh ở trạng thái oxi hóa cao nhất (VI) và xuất phát từ quá trình hydrat hóa anhydrit sunfuric hoặc lưu huỳnh trioxit (SO ₃ ). Nó là một axit lưỡng cực có sự phân ly đầu tiên gần như hoàn toàn và sự phân ly thứ hai vẫn còn tương đối mạnh, vì vậy ion bisulfate (HSO ₄ ^– ) là một anion có tính axit.

Các dung dịch axit sunfuric phổ biến trong các phòng thí nghiệm hóa học và sinh học, nơi nó được sử dụng làm thuốc thử hóa học, làm chất xúc tác và trong một số trường hợp thậm chí là tác nhân để làm sạch vật liệu trong phòng thí nghiệm. Trong tất cả các ứng dụng này, cần có các dung dịch axit sunfuric có nồng độ khác nhau, đó là lý do tại sao việc chuẩn bị chúng là một phần của quy trình thông thường trong các phòng thí nghiệm này.

Nói như vậy, điều quan trọng cần biết là chuẩn bị dung dịch axit sunfuric không chỉ là trộn axit với nước theo bất kỳ cách nào, vì làm sai cách có thể rất nguy hiểm và dẫn đến một số tai nạn nghiêm trọng.

Tại sao trộn axit sunfuric với nước nguy hiểm?

Lý do tại sao trộn axit sunfuric với nước có thể nguy hiểm là vì các phản ứng hóa học xảy ra khi kết hợp cả hai hợp chất đều tỏa nhiệt rất lớn; nghĩa là chúng tỏa ra một lượng nhiệt lớn. Các phản ứng trong câu hỏi bao gồm sự hòa tan của axit và proton của nước để tạo thành các ion hydronium:

Sự phân ly thứ hai cũng có thể xảy ra, nhưng điều này ít quan trọng hơn nhiều so với lần đầu tiên:

Cả hai phản ứng đều tỏa nhiệt và nếu không được thực hiện theo cách có kiểm soát, toàn bộ lượng nhiệt này có thể nhanh chóng làm tăng nhiệt độ của dung dịch lên hơn 100°C, tạo ra nước (có điểm sôi thấp hơn axit sunfuric tinh khiết). Ngược lại, điều này tạo ra các vệt axit đậm đặc có thể rơi vào mắt, trên da, trên quần áo hoặc trên bất kỳ bề mặt nào trong phòng thí nghiệm.

Nếu điều này xảy ra, chúng ta có thể bị bỏng rất nghiêm trọng, vì axit sunfuric đậm đặc gần như ngay lập tức phá hủy hoặc làm thành than bất kỳ chất hữu cơ nào mà nó tiếp xúc. Nếu nó bắn vào mắt chúng ta, rất có thể chúng ta sẽ bị mù.

Ngoài ra, nếu không may chúng ta hít phải những giọt axit sunfuric đậm đặc và chúng đi đến đường hô hấp và phổi của chúng ta, vết bỏng và các vết thương khác có thể gây nguy hiểm đến tính mạng của chúng ta.

May mắn thay, có một cách để chuẩn bị dung dịch axit sunfuric giúp giảm thiểu nguy cơ phun trào và bắn tung tóe từ axit đậm đặc. Điều này, cùng với một loạt các biện pháp an ninh tiêu chuẩn trong bất kỳ phòng thí nghiệm hóa học nào, thường là đủ để ngăn ngừa hầu hết các tai nạn và giảm thiểu nguy cơ nếu chúng xảy ra.

Cách an toàn để pha chế dung dịch từ axit sunfuric đậm đặc

Nguyên tắc chung khi trộn axit sunfuric với nước một cách an toàn là luôn thêm axit sunfuric vào nước chứ không phải cho nước vào axit sunfuric . Ngoài ra, khi axit sunfuric đậm đặc được thêm vào, dung dịch thu được phải được khuấy mạnh.

Điều này có nghĩa là trước tiên chúng ta phải thêm một lượng nước đáng kể vào bình định mức nơi chúng ta sẽ chuẩn bị dung dịch (cái mà chúng ta gọi là đệm nước) và sau đó, từng chút một và khuấy liên tục, chúng ta thêm thể tích axit đậm đặc đã đo. Cuối cùng, để nguội dung dịch và hoàn thành phép đo bằng nước tinh khiết.

Điều quan trọng nữa là cầm bình định mức bằng cổ chứ không phải bằng bầu hoặc phần rộng nhất tiếp xúc trực tiếp với dung dịch. Điều này là do phần cuối cùng này của quả bóng có thể rất nóng, dẫn đến bỏng hoặc vô tình làm rơi quả bóng, làm vỡ nó và gây tràn axit nguy hiểm.

Biện minh cho thủ tục

Tại sao nước được thêm vào trước và axit sau?

Lý do tại sao người ta ưu tiên thêm nước trước rồi mới đến axit là hệ quả của các đặc tính nhiệt động lực học của hệ thống được hình thành bằng cách trộn cả hai thành phần. Nếu dung dịch chúng ta chuẩn bị loãng hơn đáng kể so với dung dịch thương mại (khoảng 18 M), thì hỗn hợp sẽ bao gồm một lượng lớn nước và một lượng nhỏ axit đậm đặc.

Nếu chúng ta thêm axit trước rồi mới thêm nước, thì một lượng nhỏ axit sẽ có nhiệt dung (hoặc nhiệt) rất nhỏ, do đó, một lượng nhiệt nhỏ sẽ gây ra sự thay đổi nhiệt độ lớn. Trong tình huống này, sẽ rất dễ đun axit trên 100°C, khiến nước sôi nhanh, giống như nhỏ vài giọt nước vào chảo dầu nóng.

Mặt khác, nếu chúng ta thêm một lượng lớn nước ban đầu trước khi thêm axit đậm đặc, nhiệt dung của hệ thống sẽ cao hơn nhiều, vì nhiệt sẽ phải được phân phối trên một khối lượng lớn hơn và nhiệt độ cuối cùng sẽ thấp hơn. .

Tại sao kích động liên tục?

Nó phải được khuấy liên tục vì độ dẫn nhiệt của dung dịch bị hạn chế. Nói cách khác, nhiệt tỏa ra trong quá trình hòa tan axit không được phân bổ ngay lập tức trong nước; quá trình này cần có thời gian. Kết quả là, nếu chúng ta thêm axit quá nhanh mà không khuấy, nhiệt có thể tích tụ tại một điểm và làm cho nhiệt độ của nước sôi cục bộ, gây ra hiện tượng bắn tóe trước khi nhiệt tỏa ra phần còn lại của hệ thống.

Đây là điều tương tự xảy ra khi dung nham nóng chảy hoặc kim loại nóng sáng được nhúng vào nước lạnh. Chúng ta có thể thấy rõ nước tiếp xúc trực tiếp với sắt hoặc magma sẽ sôi rất lâu trước khi phần còn lại của nước nóng lên.

Khuấy cơ học làm tăng tốc độ phân phối nhiệt trong dung dịch và ngăn điều này xảy ra.

Các biện pháp an toàn bổ sung khi chuẩn bị dung dịch axit sunfuric

Ngoài việc tuân theo giao thức đã nói ở trên để chuẩn bị dung dịch, chúng ta phải tuân thủ các biện pháp an toàn tiêu chuẩn cho công việc trong phòng thí nghiệm, vì các vết bắn không phải là rủi ro duy nhất khi xử lý các dung dịch này. Các biện pháp an ninh này bao gồm:

• Mặc áo khoác phòng thí nghiệm để bảo vệ da và quần áo . Hầu hết các áo choàng được làm bằng vật liệu tổng hợp có khả năng chịu được các vết bắn nhỏ. Mặt khác, ngoài việc tránh làm hỏng quần áo của chúng ta, một giọt axit trên quần hoặc áo phông nếu không được chú ý có thể gây bỏng da nghiêm trọng sau này.
• Đeo găng tay cao su hoặc nitrile . Những găng tay này có khả năng chống lại nhiều hóa chất, bao gồm cả dung dịch axit sunfuric loãng. Trong trường hợp tiếp xúc với axit đậm đặc, găng tay sẽ bảo vệ đủ để có thời gian tháo ra trước khi bị bỏng.
• Đeo kính an toàn . Đó là cách tốt nhất để bảo vệ mắt và một phần lớn của khuôn mặt.
• Thu thập mái tóc của bạn trong một búi hoặc tóc đuôi ngựa . Tóc dài là một rủi ro trong phòng thí nghiệm. Nó có thể tiếp xúc với axit hoặc các thuốc thử khác, vì vậy nó phải luôn được thu thập.
• Có một chai nhỏ với dung dịch natri bicacbonat trên tay . Natri bicacbonat là muối tạo dung dịch kiềm có khả năng trung hòa cả axit sunfuric đặc. Phun bicarbonate lên bề mặt tiếp xúc với axit trong trường hợp bị đổ là bước đầu tiên cần thực hiện để ngăn chặn hành động ăn mòn của nó.

Người giới thiệu

Chang, R. (2021). Hóa học ( ^{tái bản lần} thứ 11 .). GIÁO DỤC MCGRAW HILL.

Dinamek. (2018, ngày 30 tháng 11). Cách chọn găng tay chống hóa chất phù hợp nhất . Trang web Dinamek. https://www.dinamek.com/blog/how-to-choose-the-chemical- Resistant-glove-most-suitable

Bao nhiêu nhiệt sẽ tỏa ra nếu dung dịch H2SO4 98% (m/m) được pha loãng thành 96% (m/m) . (2019, ngày 15 tháng 2). Trang web của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ. 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). Tính chất nhiệt động của axit sunfuric nước. Tạp chí Dữ liệu Hóa học & Kỹ thuật , 59 (8), 2389–2407. https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/je4011147