Все статьи из рубрики "Занимательная химия с Гошаном", можно найти по этой ссылке.
Все мы учили химию в школе, и всем нам говорили, что воду в кислоту лить нельзя. Да, я понимаю что подобное уже моветон, ибо это пробовал каждый первый Ютубер-химик, но я постараюсь сегодня рассказать о том, почему ТБ запрещает это делать, почему это вообще опасно проворачивать, но почему можно, если прям хочется, однако почему в некоторых случаях, всё-таки, нельзя.
Итак, любой человек знает, что при добавлении кислоты в воду происходит нагревание. На самом деле это элементарно объясняется тем, что почти все реакции растворения являются экзотермическими, то есть происходят с выделением теплоты.
Да, некоторые химические вещества при растворении наоборот поглощают тепло, самый простой пример - поваренная соль. Нитрат калия тоже растворяется эндотермически, но аммиачная селитра - это прям королева химических холодильников.
Впрочем, это не меняет того факта, что реакции растворения, как правило, экзотермические. Об этом я ещё напомню, когда буду писать гайд для органической лабы по синтезу бензальанилина для моих сладких РХТУшников (люблю вас, солнышки).
Так вот, кислота + вода.
Если обратиться к расширенной теории кислот и оснований Льюиса, то можно заметить такой прикол, что вода, как бы, и основание и кислота одновременно. Да, вы не ослышались. Вода - это амфотерный гидроксид. То есть она способна растворять в себе слабые кислоты и сама растворяться в сильных. Растворение - экзотермическая реакция, и вот теперь-то первый пазл сложился.
Теперь, когда мы понимаем природу экзотермического эффекта, осталось решить второй вопрос:
Ну, во-первых большой - понятие относительное. Можете пойти на кухню, взять уксусную кислоту и начать в неё вливать воду. Не волнуйтесь, ничего страшного не случится, мама леща не даст. Сам проверял, инфа сотка. Я вообще много химичил по молодости, по башке получил только 2 раза. Когда я пытался синтезировать капсаицин, он у меня загорелся и дома стало невозможно дышать.
Если без шуток, то залить воду в уксусную кислоту - это вообще нормальная тема. Дай Бог у вас хотя бы на 2 градуса температура поднимется. Но вообще, уксусная - настолько слабая, что хоть её в воду вливай, хоть воду в неё, вообще ноль разницы. Лимонная идёт туда же, как и все слабые кислоты. И вообще, кислотой в таких реакциях выступает вода. Хотя я это уже обозначил.
Я вас немного удивлю, но, как правило, ничего страшного. И вот, наконец-то пришла пора немного понять какой зависимостью здесь можно аппелировать. Это уже больше физическая химия, но знать будет полезно. Называется эта штука - Интегральная теплота растворения.
Величина эта эмпирическая для каждого отдельного вещества, как и многие в физической химии. Кому прям очень интересно, вот вам методичка страницу 19 открываем и можете узнать как оно происходит на практике.
Тупо по определению из методички Интегральная теплота растворение, есть ничто иное как изменение энтальпии при растворении 1 моль вещества в конечном количестве определённого растворителя. О том, что такое энтальпия уже буду писать в гайде для РХТУшников по физхимии, а пока... Ну, Википедию, что ли, почитайте. На данном этапе хватит.
Но вернёмся к таблице и заметим одну очень любопытную вещь. А именно давайте вспомним иллюстрации, которые запрещали вливать воду в кислоту.
Забегая вперёд, именно только одна единственная серная кислота и даёт столь страшный эффект, о котором я расскажу позже. Ну а что с остальными кислотами? Ладно, понятно со всякими уксусными, ортофосфорными и азотными кислотами, они в таблице ниже. Но почему кислоты выше так не делают как серная? Бромоводородная, соляная, иодоводородная.
Вещества, указанные в таблице - это, соответственно, хлороводород, иодоводород и бромоводород. Однако в чистом виде эти вещества являются газами, а чтобы хранить их в жидком виде концентрация должна быть далеко не 100%. В случае с иодоводородной, концентрация искомого вещества 57%, бромоводородная имеет концентрацию 48% и стоит-таки дорого, некошерно; вам точно не дадут с таким работать. У солянки вообще жалкие 36%. То есть их интегральную теплоту растворения можно смело домножать на их концентрацию. А вот с серной всё совсем по-другому.
И да, для серной кислоты 100% это вообще не предел, ведь ещё есть олеум.
Но в олеум, на моей памяти, ещё никто ничего не лил.
Итак! Мы поняли что несёт опасность, как именно осуществляется нагрев, почему именно серная кислота, но остался один, я бы сказал самый важный вопрос:
Да, хороший вопрос: вот что меняется если мы не кислоту в воду подливаем, а воду в кислоту? Ведь в обоих случаях выделяется теплота, так что изменится?!
Не волнуйтесь, ответ тоже есть.
Насколько вы знаете температура кипения воды равна 100 градусов Цельсия. То есть, наливая воду в кислоту вы заставляете воду очень быстро нагреваться температуры эдак до 106-116 градусов Цельсия, то есть, вода закипает и выделяется пар, а в этом паре и немножко серной кислоты, этого уже хватит чтоб ослепнуть. Однако не в этом основная беда. Дело в том, что когда вода так нагревается, она ускоряет своё движение (за счёт перехода внутренней энергии в кинетическую) и может банально вытолкнуть часть серной кислоты. Да, это не такое уж огромное количество, но много серной вам и не понадобится, чтобы получить серьёзные химические ожоги. Я не стану вставлять сюда подробные описания или фотографии, так как техподдержка Дзена мне понятненько намекнула, что это чревато баном. Так что просто поверьте мне: даже маленькое количество серной кислоты способно испортить вам всю вашу жизнь.
Так вот, если вы добавляете кислоту в воду, то вода может более равномерно разделить энергию от серной кислоты по всему своему объёму, а сама серная не закипит, температура слишком мала. Именно этим и объясняется тот факт, что работая с серной кислотой надо вливать кислоту в воду, а никак не наоборот. И вообще, лучше так делать со всеми кислотами. Да, если вы опытный химик как условный Илья Полынков с канала Огненное ТВ то можете делать и наоборот, так как уже знаете все возможности и риски. Вопрос в том, что настолько опытные химики такую статью вряд ли станут читать, ибо им уже итак это давно известно.
Ну а я предлагаю вам поставить лайк, подписаться. И если вам нужен хороший преподаватель по химии - можете написать мне ВКонтакте, могу так же проконсультировать по некоторым вопросам. Всем удачи и берегите себя. Помните: химия - это круто. До скорых встреч!