Jaki rodzaj reakcji zachodzi, gdy kwas siarkowy reaguje z zasadą?

Jeśli kiedykolwiek mieszałeś ocet (zawierający kwas octowy) i wodorowęglan sodu, który jest zasadą, widziałeś już wcześniej reakcję kwasowo-zasadową lub neutralizację. Podobnie jak ocet i soda oczyszczona, gdy kwas siarkowy zostanie zmieszany z bazą, będą się wzajemnie neutralizować. Ten rodzaj reakcji nazywa się reakcją neutralizacji.

Chemicy definiują kwasy i zasady na trzy różne sposoby, ale najbardziej użyteczna definicja na co dzień opisuje kwas jako substancję, która chce oddać jony wodorowe, podczas gdy zasada chce się zbierać je. Mocne kwasy lepiej oddają swoje jony wodorowe, a kwas siarkowy jest zdecydowanie mocnym kwasem, więc gdy jest w woda, jest prawie całkowicie deprotonowana – praktycznie wszystkie cząsteczki kwasu siarkowego oddały zarówno swój wodór jony. Te oddane jony wodorowe są przyjmowane przez cząsteczki wody, które stają się jonami hydroniowymi. Wzór na jon hydroniowy to H3O+.

Po dodaniu zasady lub roztworu alkalicznego do kwasu siarkowego, kwas i zasada reagują neutralizując się nawzajem. Podstawowy gatunek odbiera jony wodorowe z cząsteczek wody, więc ma wysokie stężenie jonów wodorotlenowych. Jony wodorotlenkowe i hydroniowe reagują, tworząc cząsteczki wody, pozostawiając sól (produkt reakcji kwasowo-zasadowej). Ponieważ kwas siarkowy jest mocnym kwasem, może się zdarzyć jedna z dwóch rzeczy. Jeśli zasada jest mocną zasadą, taką jak wodorotlenek potasu, uzyskana sól (np. siarczan potasu) będzie obojętna, innymi słowy nie będzie ani kwasem, ani zasadą. Jeśli zasada jest słabą zasadą, taką jak amoniak, uzyskana sól będzie solą kwasową, która działa jak słaby kwas (np. siarczan amonu). Ważne jest, aby pamiętać, że ponieważ zawiera dwa jony wodorowe, które może oddać, jedna cząsteczka kwasu siarkowego może zneutralizować dwie cząsteczki zasady, takiej jak wodorotlenek sodu.

Ponieważ soda oczyszczona jest często używana do neutralizowania wycieków kwasu akumulatorowego w samochodach lub wycieków kwasu w laboratoriach, reakcja kwasu siarkowego z sodą oczyszczoną jest częstym przykładem, który ma niewielki skręt. Gdy wodorowęglan z sody oczyszczonej wchodzi w kontakt z roztworem kwasu siarkowego, przyjmuje jony wodorowe, aby stać się kwasem węglowym. Kwas węglowy może rozkładać się na wodę i dwutlenek węgla; jednakże, gdy kwas siarkowy i soda oczyszczona reagują, stężenie kwasu węglowego gwałtownie wzrasta, sprzyjając w ten sposób tworzeniu się dwutlenku węgla. Gdy dwutlenek węgla wydostaje się z roztworu, tworzy się kipiąca masa bąbelków. Ta reakcja jest prostą ilustracją zasady Le Chatelliera – kiedy zmiany stężenia zakłócają równowagę dynamiczną, system reaguje w sposób, który ma tendencję do przywracania równowagi.

Reakcja między kwasem siarkowym a węglanem wapnia jest pod pewnymi względami podobna do reakcji z sodą oczyszczoną – dwutlenek węgla wylatuje, a sól, która pozostaje, to wapń siarczan. Reakcja kwasu siarkowego z mocną zasadą wodorotlenku sodu da siarczan sodu, podczas gdy kwas siarkowy z tlenkiem miedzi utworzy niebieski związek siarczan miedzi(II). Kwas siarkowy jest tak silnym kwasem, że może być użyty do przyklejenia jonu wodorowego do kwasu azotowego, tworząc jon nitronium. Ta reakcja jest wykorzystywana do produkcji jednego z najsłynniejszych materiałów wybuchowych na świecie – 2,4,6-trinitrotoluenu lub TNT.