Khi pha H2SO4 đặc thì đổ acid và nước hay đổ nước vào acid? Tại sao?

Hôm qua, em có câu hỏi là: Khi pha H2SO4 đặc thì đổ acid và nước hay đổ nước vào acid? Tại sao?

Xin cảm ơn anh em đã có rất nhiều anh em đã trả lời và có nhiều ý kiến rất đúng.

Để tránh dài dòng, em xin trả lời luôn là: Đổ acid vào nước, các lý do sau:

1. Khối lượng riêng: Của nước là 1.00 và của H2SO4 là 1.84 (g/cm3)

Do đó, khi đổ acid và nước, acid sẽ chìm xuống đáy bình và quá trình hòa tan xảy ra phía đáy bình. Nhiệt tỏa ra có xu hướng khuếch tán lên phía trên và trong quá trình khuếch tán đó, nó sẽ truyền sang toàn bộ thể tích nước. Nếu ngược lại quá trình hòa tan xảy ra ngay trên bề mặt. Nhiệt tỏa ra cũng ở trên bề mặt, không khuếch tán được đều ra bình. Do đó, hiện tượng quá nhiệt cục bộ diễn ra. Khi nóng, thì quá trình hòa tan lại xảy ra nhanh hơn, nên nhiệt sinh ra càng nhiều, dẫn tới quá nhiệt cục bộ và sôi, nước và acid bắn ra ngoài.

2. Nhiệt độ sôi: Nước là 100 oC; Acid là 337 oC.

Khi đổ nước vào acid, do nhiệt độ sôi thấp hơn nên tại thời điểm tiếp xúc giữa nước và acid, nhiệt sinh ra có thể làm nước sôi, bắn theo acid.

3. Độ nhớt: Của nước là 0.89 và của acid là 23.8 (mPa/s); Nếu đổ acid vào nước thì do acid có độ nhớt cao, nên quá trình hòa tan chậm hơn, tức là, tại vị trí tiếp xúc thì pha nước và pha acid vẫn tách rời nhau, bề mặt tiếp xúc giữa 2 pha vẫn nhỏ. Ngược lại, do độ nhớt của nước nhỏ, nên khi đổ vào, nước nhanh chóng phân tán ra trên bề mặt acid nên quá trình hòa tan nhanh, khi nhiệt độ tăng thì độ nhớt giảm nhanh chóng làm quá trình hòa tan nhanh hơn nữa dẫn tới nóng cục bộ và nước sôi.

Độ nhớt cũng ảnh hưởng tới tốc độ truyền nhiệt. Nhiệt truyền trong nước dễ hơn truyền trong acid, nên khi trộn 2 dung dịch với nhau, nhiệt phần lớn được truyền sang nước trước. Vì vậy, nếu nước ở phía trên cộng với dòng nhiệt truyền tới thì sẽ nóng rất nhanh và sôi.

4. Nhiệt dung riêng: nước là 4190, acid là 2540 (J/(kg.K))

Tức là, cùng một lượng nhiệt sinh ra thì độ tăng nhiệt của nước là chậm hơn của acid. Do đó, nếu đổ nước vào acid thì ở bề mặt tiếp xúc, nhiệt độ của acid bị tăng nhanh hơn, là nếu làm ngược lại, dẫn tới quá trình hòa tan xảy ra nhanh và quá nhiệt cục bộ, làm nước sôi.

5. Sức căng bề mặt của nước là 71.78 và acid là 51.7 mN/m

Do sức căng bề mặt của nước lớn hơn nên tốc độ khuếch tán của acid vào nước sẽ chậm hơn tốc độ khuếch tán nước vào acid. Vì vậy, nhiệt tỏa ra không đột ngột.

Thực tế thì phần lớn trường hợp anh chị em có đổi nước vào acid thì thấy nó cũng không tới mức kinh khủng như mô tả. Em cũng có thí nghiệm rồi, nhưng đó là điều kiện phòng thí nghiệm, lượng dung dịch nhỏ. Nếu như đổ lượng dung dịch ở mức độ lớn hoặc đặc biệt là tank chứa có độ sâu thì hậu quả chưa biết thế nào. Lượng nhiệt tỏa ra lớn nhất khi pha dung dịch H2SO4 từ 100 xuống 70%, nhiệt độ dung dịch lên tới 170 oC.

Tóm lại là, dù đổ acid vào nước hay nước vào acid thì lượng nhiệt hòa tan là không đổi. Nhưng làm cách nào để tốc độ hòa tan từ từ, đều và tránh quá nhiệt cục bộ là quan trọng để không xảy ra tình trạng sôi, bắn acid ra ngoài. Vì vậy mà sách vở vẫn dạy, đổ acid và nước chứ không được làm ngược lại. Nó tạo thành cái quy chuẩn để làm theo. Tất nhiên, đôi khi làm ngược cũng chưa thấy kinh khủng lắm, nhưng đối với một số trường hợp khác mà không theo quy chuẩn, ví dụ pha H2SO4 và H2O2, nếu nếu không làm đúng thì cực kỳ nguy hiểm. Em chú ý luôn, là trường hợp này phải đổ H2O2 vào H2SO4 chứ không làm ngược lại.

Em không đồng ý với cách giải thích trong video hôm trước. Ở đó giải thích rằng, nồng độ càng cao thì phản ứng càng nhanh, do đó, phải đổ acid vào nước để phản ứng xảy ra từ từ. Thứ nhất, acid và nước không phải phản ứng hóa học, đó chỉ là quá trình hòa tan, liên quan tới nhiệt hòa tan chứ không phải nhiệt phản ứng. Thứ 2, nếu không biết đâu là nước, đâu là acid thì coi như 2 tác nhân A và B có vai trò như nhau, nước cũng là 100% và acid cũng là 100%, vậy không thể nói cái nào pha loãng cái nào trước.