Welche Art von Reaktion tritt auf, wenn Schwefelsäure mit einem Alkali reagiert?

Wenn Sie jemals Essig (der Essigsäure enthält) und Natriumbicarbonat (eine Base) gemischt haben, haben Sie schon einmal eine Säure-Base- oder Neutralisationsreaktion beobachtet. Genau wie Essig und Backpulver neutralisieren sich beide, wenn Schwefelsäure mit einer Base gemischt wird. Diese Art von Reaktion wird als Neutralisationsreaktion bezeichnet.

Chemiker definieren Säuren und Basen auf drei verschiedene Arten, aber die nützlichste Definition im Alltag beschreibt eine Säure als eine Substanz, die Wasserstoffionen abgeben möchte, während eine Base aufnehmen möchte sie auf. Starke Säuren geben ihre Wasserstoffionen besser ab und Schwefelsäure ist definitiv eine starke Säure, also wenn sie drin ist Wasser, es ist fast vollständig deprotoniert – praktisch alle Schwefelsäuremoleküle haben sowohl ihren Wasserstoff abgegeben Ionen. Diese gespendeten Wasserstoffionen werden von Wassermolekülen aufgenommen, die zu Hydroniumionen werden. Die Formel für ein Hydroniumion ist H3O+.

Wenn die Base oder alkalische Lösung der Schwefelsäure zugesetzt wird, reagieren die Säure und die Base, indem sie sich gegenseitig neutralisieren. Die basische Spezies hat den Wassermolekülen Wasserstoffionen entzogen, daher hat sie eine hohe Konzentration an Hydroxidionen. Hydroxid- und Hydroniumionen reagieren zu Wassermolekülen und hinterlassen ein Salz (das Produkt einer Säure-Base-Reaktion). Da Schwefelsäure eine starke Säure ist, kann eines von zwei Dingen passieren. Wenn die Base eine starke Base wie Kaliumhydroxid ist, ist das resultierende Salz (z. B. Kaliumsulfat) neutral, mit anderen Worten, weder eine Säure noch eine Base. Wenn die Base jedoch eine schwache Base wie Ammoniak ist, ist das resultierende Salz ein saures Salz, das als schwache Säure wirkt (z. B. Ammoniumsulfat). Es ist wichtig zu beachten, dass ein Molekül Schwefelsäure zwei Moleküle einer Base wie Natriumhydroxid neutralisieren kann, da es zwei Wasserstoffionen hat, die es abgeben kann.

Da Backpulver oft verwendet wird, um verschüttete Batteriesäure auf Autos oder Säure in Labors zu neutralisieren, ist die Reaktion von Schwefelsäure mit Backpulver ein gängiges Beispiel mit einer kleinen Wendung. Wenn das Bicarbonat aus dem Backpulver mit der Schwefelsäurelösung in Kontakt kommt, nimmt es Wasserstoffionen auf und wird zu Kohlensäure. Kohlensäure kann sich zu Wasser und Kohlendioxid zersetzen; Wenn jedoch Schwefelsäure und Backpulver reagieren, steigt die Kohlensäurekonzentration schnell an, wodurch die Bildung von Kohlendioxid begünstigt wird. Es bildet sich eine brodelnde Blasenmasse, wenn dieses Kohlendioxid aus der Lösung entweicht. Diese Reaktion ist eine einfache Veranschaulichung des Prinzips von Le Chatellier: Wenn Konzentrationsänderungen ein dynamisches Gleichgewicht stören, reagiert das System auf eine Weise, die dazu neigt, das Gleichgewicht wiederherzustellen.

Die Reaktion zwischen Schwefelsäure und Calciumcarbonat ähnelt in gewisser Weise der Reaktion mit Backpulver – das Kohlendioxid sprudelt ab und das Salz, das zurückbleibt, ist Kalzium Sulfat. Die Reaktion von Schwefelsäure mit der starken Base Natriumhydroxid führt zu Natriumsulfat, während Schwefelsäure mit Kupferoxid die blaue Verbindung Kupfer (II)-Sulfat bildet. Schwefelsäure ist eine so starke Säure, dass sie tatsächlich verwendet werden kann, um ein Wasserstoffion auf Salpetersäure zu kleben und das Nitroniumion zu bilden. Diese Reaktion wird bei der Herstellung eines der berühmtesten Sprengstoffe der Welt verwendet – 2,4,6-Trinitrotoluol oder TNT.