什么是硫酸和水之间的联系？(the connection between sulfuric acid and water?)
制备硫酸的一种方法是将三氧化硫（SO3）分子与水（H2O）分子水合。反应为SO3+H2O→ 硫酸。显然，硫酸与水有着密切的联系；此外，它完全溶于水。将浓硫酸与水混合可能有潜在危险，因为反应可能很剧烈。这是因为这两种物质相互作用——不仅通过一个或两个机制——而是通过一系列机制，每种机制都会增加总能量释放。。
纯硫酸不仅仅是极性的；它实际上可以通过质子转移使自身电离，这一过程被称为“自动质子分解”这个电离反应写在H2SO4中→ [H3SO4]+[HSO4]-。这种现象使硫酸和水更容易形成氢键。这样，热量形式的能量进入周围的系统。
只要有氢、氮、氧和氟原子可以这样做，就可能形成称为“氢键”的弱键。在硫酸的情况下，一个或两个氢离子可能离开酸，与附近的水分子结合。这种带正电荷的“氢离子”（H3O+）很容易形成，因为水分子的氧原子提供了氢离子被吸引到的富含电子的环境。氢离子的几何结构比水分子更对称。这使得电荷分布均匀，增加了硫酸和水结合时向系统释放的能量。。
另一个由对称性辅助的能量释放是双电荷硫酸盐阴离子（SO4-2）的形成。这两个自由电子可以占据四个氧原子中的任何一个。同性电荷相互排斥，因此如果它们能逃逸到离子的外部区域，就会向系统释放能量；很明显，这个动作释放能量的同时，相反的方向——像电荷一样聚集在一起——吸收能量。硫酸和水的高介电常数使它们结合在一起时能够实现高度的电荷屏蔽。再加上最内层氢键层周围的额外水层，使其进一步稳定。。
出于上述原因，在将浓硫酸与水混合时必须小心。酸应逐渐加入搅拌水中，而不是反过来。这可以防止热量释放过多，导致突然沸腾，并将酸猛烈喷射到皮肤或眼睛中。硫酸和水的结合应用于肥料的生产、钢铁的生产、硫酸盐纸浆的漂白以及汽车电池。
- 发表于 2022-02-10 22:28
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- 分类：科学
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