เรื่องเล่าของ#กรดซัลฟิวริก ตอนที่ 1
ถ้าคุณเรียนมาในสายวิทยาศาสตร์ กรดซัลฟิวริก(H2SO4) ก็คงเป็นกรดตัวหลักที่ผ่านตาบ่อยที่สุดตัวนึงสมัยเรียนเลยก็ว่าได้
Sulfuric จัดเป็นกรดอนินทรีย์ (mineral acid) มีโปรตอน (H+) สองตัว แตกตัวสมบู รณ์ทั้งสอง จึงจัดเป็นกรดแก่
กรด sulfuric acid เข้มข้น จะมีลักษณะเป็นของเหลวใส ออกจะให้ความรู้สึกหนืดหน่อยๆเหมือนน้ำเชื่อม ถ้าคุณไม่ได้ทำโปรเจ็คจบที่ต้องใช้กรดตัวนี้ คาดว่าคงมีโอกาสน้อยที่จะได้เจอกรดตัวนี้แบบเข้มข้น เพราะอะไรนะหรอ?
เพราะกรดตัวนี้แรงมาก ปกติในวิชาแลบ เจ้าหน้าที่ควบคุมห้องแลบมักจะ dilute มาให้นักศึกษาพร้อมใช้ นักศึกษาน้อยคนนักจึงจะได้เจอเวอร์ชัน concentrate (conc.) อันที่จริงถ้าเป็นแลบปี 1 มักไม่ให้นักศึกษาเตรียมเองอยู่แล้ว
มันมีความถ่วงจำเพาะ 1.84 (หนาแน่นกว่าน้ำเกือบสองเท่า!) มีความดันไอต่ำมากกก ทำให้เวลาเปิดฝาขวดมันจะไม่ฟุ้งไอสีขาวๆขึ้นมา หรือที่เรียกว่าเกิด fume เหมือนเวลาเราเปิดขวด conc. HCl (แต่ถึงมันจะไม่เกิดไอแต่เพื่อความปลอดภัย คุณก็ควรจะเปิดขวดในตู้ดูดควันอยู่ดีนะ :)
จุดที่น่าสังเกตของ conc. sulfuric ที่ขายๆกัน คือ มีความเข้มข้นในหน่วยร้อยละโดยมวลที่ 98%wt ซึ่งพอคำนวณทดไปทดมาแล้ว จะพบว่าแปลงหน่วยได้เป็น 18 Molar พอดิบพอดี! (mw = 98) ซึ่งจะแตกต่างจาก conc. HCl ที่ขายที่ 37%wt (คิดเป็น 12M)...
#จะเห็นว่า ถึงจะเรียกว่า concentrated acid เหมือนกัน แต่ความเข้มข้นมันก็ไม่เท่ากันนะ
คำถามที่ตามมาก็คือ ทำไม conc.sulfuric ขายได้ที่ 98% แต่ conc.HCl ทำได้แค่ 37% เองล่ะ?
เพื่อตอบคำถามนี้ ผมเลยลองไปเช็คสถานะของสารที่อุณหภูมิห้องดู พบว่า sulfuric นั้นมีสถานะเป็นของเหลว ในขณะที่ HCl มีสถานะเป็นแก๊ส ดังนั้นแล้วเวลาที่เราซื้อ sulfuric คือเราซื้อกรดนั้นเลยที่มีสถานะเป็นของเหลว แต่เวลาที่เราซื้อ HCl คือเราซื้อ "สารละลาย"ที่เกิดจากแก๊ส HCl ละลายผสมลงไปในน้ำนั่นเอง
กรด sulfuric นั้นขึ้นชื่อมากในเรื่องการดูดความชื้น(hygroscopic) ถ้าเราเปิดฝาขวดทิ้งเอาไว้ ไอน้ำในอากาศจะถูกดูดลงไป ทำให้ความเข้มข้นของกรดนั้นเปลี่ยนไป ความสามารถในการดูดน้ำของ sulfuric นี้ยังปรากฎให้เห็นในการทำ dehydration สารเคมีอื่นๆได้อีก เช่น :
⏩dehydrate คาร์โบไฮเดรต => ถ้าเราหยด conc.sulfuric บนกระดาษ จะเห็นรอยไหม้สีดำเกิดขึ้นกัดกินกระดาษเป็นรู ซึ่งปฏิกิริยานี้ไม่ใช่ combustion ของเซลลูโลส แต่เป็นการดึงโมเลกุลน้ำออกจากเซลลูโลสต่างหาก ดังสมการ
Cn(H2O)n ----------> nC + nH2O
ซึ่งสีดำๆที่เป็นรอยไหม้ก็คือคาร์บอนที่เป็นผลิตภัณฑ์นี่เอง
⏩dehydrate alcohol => ได้เป็น alkene หรือ ether
⏩generate electrophile [NO2+] สำหรับทำปฏิกริยา nitration ของวงอะโรมาติก โดยการใช้ HNO3 ผสมกับ H2SO4 ซึ่ง sulfuric จะเอาโปรตอนไปแปะใส่ nitric เกิดเป็น O2N--OH2+ และขจัด OH2 ออกเกิดเป็น NO2+ ขึ้นมา
สิ่งนึงที่เรารู้จากกรณีของ sulfuric ก็คือถ้าเราเปิดฝาขวดทิ้งไว้ความเข้มข้นจะลดลงเพราะมันดูดไอน้ำในอากาศเข้าไป ซึ่ง hydrochloric acid เองถ้าเราเปิดฝาทิ้งไว้ ความเข้มข้นก็จะลดลงเช่นกัน แต่สาเหตุการลดนั้นมาจากการที่ HCl ระเหยออกไปจากสารละลายตะหาก #ภายใต้ความเหมือนที่แตกต่างกัน
อีกเรื่องนึงที่อาจารย์แลบจะย้ำเรานัก ย้ำเราหนา กันมาเนิ่นนาน คือเราห้ามเทน้ำใส่กรด แต่เราต้องเทกรดใส่น้ำ ไม่งั้นแล้วน้ำจะเดือดฟู่เพราะตอนกรดผสมกับน้ำจะ highly exothermic แต่อีกเรื่องนึงที่ผมก็เพิ่งจะรู้ไม่นานมานี้ คือ เราเท conc.HCl กับ conc.H2SO4 ผสมกันไม่ได้! ผมลองมาแล้ว(ด้วยความรู้เท่าไม่ถึงการณ์) ดันเกิดเป็นฟองฟู่ใหญ่ขึ้นมาจนตกใจเลยทีเดียว
ใครจะไปคิดล่ะว่าเทกรดใส่กรดจะเกิดปฏิกิริยาอะไรได้? (ก็อาจารย์ย้ำแค่ว่าห้ามเทน้ำใส่กรด แต่ไม่เคยบอกว่ากรดกับกรดก็เทผสมกันสุ่มสี่สุ่มห้าไม่ได้!) ปฏิกิริยานี้ไม่ใช่ acid-base rxn แต่เป็นการที่ sulfuric ไป oxidize Cl- เกิดเป็นแก๊ส Cl2 แล้วฟู่ขึ้นมาต่างหาก
[สรุป]
- sulfuric เป็น strong acid ชนิด diprotic
- นอกจากทำปฏิกิริยากรด-เบส ทั่วๆไปแล้ว ยังทำปฏิกิริยา dehydration ได้ด้วย
- นอกจากนี้ sulfuric ยังเป็น strong oxidizing agent อีกด้วย
[คำถามฝากไว้ช่วยกันคิด]
-โรงงานผลิต conc.sulfuric นั้นเขาใช้วัสดุอะไรทำ tank เก็บ ทำท่อขนส่งกรดกันน้อ?
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
