Czy „czarnego węża” można zrobić w domu?

Nie — stężony kwas siarkowy(VI) jest silnie żrący, a doświadczenie wydziela gorące, drażniące pary. To pokaz wyłącznie pracowniany, pod wyciągiem. W domu bezpiecznym odpowiednikiem jest przypalenie cukru na patelni: też zostaje czarny węgiel, tylko wodę odbiera mu temperatura, a nie kwas. Nagrania szkolnej wersji łatwo znaleźć w sieci i warto obejrzeć je razem.

Skąd wziąć hasło, które dziecko naprawdę zapamięta?

Najlepiej działa rymowanka powtarzana na głos: „Pamiętaj, chemiku młody, wlewaj zawsze kwas do wody”. Warto dopytać o powód, nie tylko o regułę — jeśli dziecko potrafi wyjaśnić, że woda jest lżejsza i zostaje na wierzchu, gdzie się przegrzewa, to nie pomyli kolejności nawet po roku. Sama wykuta kolejka bez powodu wraca odwrócona.

Po co ósmoklasiście dwa tak podobne kwasy?

Bo to pierwsza para, na której widać, że jeden atom tlenu zmienia wszystko — wzór, nazwę i zastosowanie. Ćwiczy się na niej czytanie wartościowości z nazwy, co wróci przy kwasie azotowym(V) i azotowym(III) oraz przy solach. Kwas siarkowy(IV) prowadzi dodatkowo prosto do lekcji o pH i kwaśnych opadach.

Kwas siarkowy(VI) i kwas siarkowy(IV)

około 12 minut

W tej lekcji1/10

Wsyp łyżkę zwykłego cukru do zlewki, dolej stężonego kwasu siarkowego(VI) — i cofnij się. Z białego proszku wypełza czarna, parująca kolumna, którą chemicy nazywają „czarnym wężem”. To nie sztuczka: kwas właśnie odebrał cukrowi całą wodę i zostawił goły węgiel. Dziś poznasz dwa kwasy siarki — jeden zasila akumulatory, drugi spada z deszczem.

Dlaczego (VI) i (IV) — jak czytać nazwę

Rzymska liczba w nazwie to wartościowość siarki w tym kwasie — nic więcej. Sprawdzasz ją tlenem: wodór jest zawsze I-wartościowy, tlen II-wartościowy.

Kwas siarkowy(VI): siarka wiąże cztery tleny

kwas	wzór	siarka
siarkowy(VI)	$\mathrm{H_2SO_4}$	VI
siarkowy(IV)	$\mathrm{H_2SO_3}$	IV

Jeden atom tlenu różnicy — i dwie zupełnie różne substancje.

$\mathrm{H_2SO_4}$ — ciecz, która pije wodę

Stężony kwas siarkowy(VI) to gęsta, oleista ciecz bez zapachu, prawie dwa razy cięższa od wody. Jest higroskopijny: chciwie wyłapuje wodę z otoczenia, a nawet wyrywa ją ze związków chemicznych. Cukier $\mathrm{C_{12}H_{22}O_{11}}$ i papier są zbudowane z węgla, wodoru i tlenu — kwas zabiera z nich wodór i tlen jako wodę, a zostawia czarny węgiel. To właśnie zwęglanie.

Obserwacja: biały cukier czernieje i wyrasta ze zlewki jako gorąca, parująca kolumna węgla

Zwęglanie cukru stężonym kwasem siarkowym(VI)

Od siarki do kwasu — droga przez tlenki

1
Siarka spala się w powietrzu niebieskim płomieniem. Powstaje tlenek siarki(IV) — duszący gaz o zapachu zapalonej zapałki.
$\mathrm{S} + \mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{SO_2}$
2
Ten tlenek jest tlenkiem kwasowym: rozpuszczony w wodzie daje od razu kwas siarkowy(IV).
$\mathrm{SO_2} + \mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{H_2SO_3}$
3
W fabryce $\mathrm{SO_2}$ dołącza jeszcze jeden atom tlenu — potrzebny jest katalizator i wysoka temperatura.
$2\mathrm{SO_2} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{SO_3}$
4
Tlenek siarki(VI) z wodą daje kwas siarkowy(VI). Ta sama reguła co wyżej: tlenek kwasowy + woda = kwas.
$\mathrm{SO_3} + \mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{H_2SO_4}$

Wszystkie kroki za Tobą!

Twoja kolej

Tlenek siarki(VI) wprowadzono do wody. Jaki związek powstał?

Krew przemysłu chemicznego

Kwas siarkowy(VI) produkuje się na świecie w większych ilościach niż jakikolwiek inny związek chemiczny — stąd przydomek „krew przemysłu chemicznego”. Trafia do akumulatorów samochodowych (jako elektrolit, roztwór około 37-procentowy), do nawozów sztucznych, do produkcji tworzyw, barwników i papieru. Po rozładowaniu akumulatora kwasu ubywa — dlatego mierzy się jego gęstość.

$\mathrm{H_2SO_3}$ — kwas, który spada z nieba

Kwas siarkowy(IV) jest nietrwały: istnieje tylko w roztworze i łatwo rozpada się z powrotem na $\mathrm{SO_2}$ i wodę. Nikt go nie sprzedaje w butelce — on powstaje sam, gdy tlenek siarki(IV) ze spalin elektrowni i pieców rozpuszcza się w kroplach deszczu. Tak rodzą się kwaśne opady, które niszczą lasy i elewacje. Jego sole — siarczany(IV), na etykietach nazywane „siarczynami” — bywają za to konserwantem wina.

Kwas siarkowy(IV): o jeden tlen mniej, siarka IV-wartościowa

Pułapka! „Woda do kwasu czy kwas do wody — wyjdzie na to samo”

Źle: kolejność nie ma znaczenia, bo i tak powstanie ten sam roztwór.

Dobrze: roztwór owszem, ten sam — ale droga do niego jest inna. Rozcieńczanie stężonego $\mathrm{H_2SO_4}$ wydziela bardzo dużo ciepła. Woda jest lżejsza, więc wlana do kwasu zostaje warstwą na powierzchni: całe ciepło wydziela się w niej, woda natychmiast wrze i wyrzuca w górę mgłę żrącego kwasu. Dlatego zawsze kwas cienkim strumieniem do wody, mieszając.

Twoja kolej

Musisz przygotować rozcieńczony roztwór kwasu siarkowego(VI). Jak to zrobisz bezpiecznie?

Ściąga do zapamiętania

Dwa kwasy siarki — wzory, otrzymywanie, zasady bezpieczeństwa?

NAZWA: rzymska liczba = wartościowość siarki. $\mathrm{H_2SO_4}$ — kwas siarkowy(VI); $\mathrm{H_2SO_3}$ — kwas siarkowy(IV). OTRZYMYWANIE (tlenek kwasowy + woda): $\mathrm{SO_3} + \mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{H_2SO_4}$ oraz $\mathrm{SO_2} + \mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{H_2SO_3}$ . $\mathrm{H_2SO_4}$ : gęsta oleista ciecz, higroskopijna — ZWĘGLA cukier i papier; żrąca. Rozcieńczanie wydziela dużo ciepła, więc ZAWSZE KWAS DO WODY. Zastosowania: akumulatory, nawozy, tworzywa — „krew przemysłu chemicznego”. $\mathrm{H_2SO_3}$ : nietrwały, istnieje tylko w roztworze; powstaje z $\mathrm{SO_2}$ ze spalin w kroplach deszczu — KWAŚNE OPADY; jego sole, siarczany(IV) (na etykietach „siarczyny”), konserwują wino.

Dla rodzica

Jak pomóc dziecku w tym temacie?

Czy „czarnego węża” można zrobić w domu?: Nie — stężony kwas siarkowy(VI) jest silnie żrący, a doświadczenie wydziela gorące, drażniące pary. To pokaz wyłącznie pracowniany, pod wyciągiem. W domu bezpiecznym odpowiednikiem jest przypalenie cukru na patelni: też zostaje czarny węgiel, tylko wodę odbiera mu temperatura, a nie kwas. Nagrania szkolnej wersji łatwo znaleźć w sieci i warto obejrzeć je razem.
Skąd wziąć hasło, które dziecko naprawdę zapamięta?: Najlepiej działa rymowanka powtarzana na głos: „Pamiętaj, chemiku młody, wlewaj zawsze kwas do wody”. Warto dopytać o powód, nie tylko o regułę — jeśli dziecko potrafi wyjaśnić, że woda jest lżejsza i zostaje na wierzchu, gdzie się przegrzewa, to nie pomyli kolejności nawet po roku. Sama wykuta kolejka bez powodu wraca odwrócona.
Po co ósmoklasiście dwa tak podobne kwasy?: Bo to pierwsza para, na której widać, że jeden atom tlenu zmienia wszystko — wzór, nazwę i zastosowanie. Ćwiczy się na niej czytanie wartościowości z nazwy, co wróci przy kwasie azotowym(V) i azotowym(III) oraz przy solach. Kwas siarkowy(IV) prowadzi dodatkowo prosto do lekcji o pH i kwaśnych opadach.

Sprawdź się!

Jaką wartościowość ma siarka w kwasie $\mathrm{H_2SO_3}$ ?

Które równanie przedstawia otrzymywanie kwasu siarkowego(VI)?

Dlaczego cukier polany stężonym kwasem siarkowym(VI) czernieje?

Skąd w kwaśnych opadach bierze się kwas siarkowy(IV)?

W którym urządzeniu z codziennego życia znajdziesz roztwór kwasu siarkowego(VI)?

Następny temat

Kwas azotowy(V), węglowy i fosforowy(V)