硫酸和水之間有什么聯系(the Connection between Sulfuric Acid and Water)？

制備硫酸的一種方法是將三氧化硫（SO3）分子與水分子（H2O）水合。反應是SO3 H2O→H2SO4。顯然，硫酸與水有密切的聯系；此外，它完全溶于水。濃硫酸與水結合具有潛在的危險性，因為反應可能是劇烈的。這是因為這兩種物質相互作用——...

制備硫酸的一種方法是將三氧化硫（SO3）分子與水分子（H2O）水合。反應是SO3 H2O→H2SO4。顯然，硫酸與水有密切的聯系；此外，它完全溶于水。濃硫酸與水結合具有潛在的危險性，因為反應可能是劇烈的。這是因為這兩種物質相互作用——不僅通過一種或兩種機制——而是通過一系列機制相互作用，每一種機制都會增加總能量釋放量。

硫酸可以通過水化制備而成；實際上，它可以通過質子轉移，這一過程被稱為"自動質子分解"。這種電離反應被寫為2 H2SO4→[H3SO4][HSO4]。這種現象使硫酸和水更容易形成氫鍵。這樣，能量以熱的形式進入周圍的系統。

酸可溶于水。凡是有氫、氮、氧和氟原子的地方，就可能形成稱為"氫鍵"的弱鍵。在硫酸的情況下，一個或兩個氫離子可能離開酸與附近的水分子結合。這種帶正電荷的"氫離子"（H3O）很容易形成因為水分子的氧原子提供了氫離子被吸引到的富含電子的環境中。氫離子的幾何結構比水分子更對稱。這使得電荷分布均勻，當硫酸和水結合時，增加了向系統中釋放能量的過程。另一個由對稱性輔助的能量釋放是雙電荷硫酸鹽陰離子（SO4-2）的形成這兩個自由電子可以在四個氧原子中的任何一個原子上停留。類似電荷相互排斥，因此如果它們能夠逃逸到離子的外部區域，則會向系統釋放能量；很明顯，這種作用釋放能量，而反向作用（將類似電荷聚集在一起）需要能量當硫酸和水結合在一起時，它們能起到很高的電荷屏蔽作用。通過在最里面的氫鍵層周圍增加一層水來增加這種穩定性。基于上述原因，當濃硫酸和水混合時，必須小心。酸應該逐漸加入使水被攪拌，而不是相反。這樣可以防止熱量釋放過多，導致突然沸騰，酸會猛烈地噴到皮膚上或眼睛里。硫酸和水的結合應用于肥料的制造、鋼鐵的生產、硫酸鹽紙漿的漂白和汽車電池。