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浓硫酸为什么能用玻璃瓶塞?
发布时间:2021-03-15

仔细看一点也不可笑的问题。玻璃瓶装酸的时候,SiO2 表面也一定会水合,毫无疑问。表面水合,就足以改变很多事情,并不需要体相也参与反应。所以问题在于水合之后发生了什么。


首先在高中阶段,一般存放试剂所用的瓶塞主要有两种,一种是玻璃塞,一种是橡胶塞。我们知道浓硫酸具有强氧化性,可以腐蚀橡胶塞,这是因为橡胶塞的主要组成元素为C,H,O三种元素。根据浓硫酸的脱水性,橡胶塞中的H,O元素会按照2:1的比例以H2O分子的形式脱出。因此,盛放浓硫酸我们采用磨砂玻璃塞。玻璃塞的主要成分为SiO2,它不与浓硫酸反应,至于玻璃塞中的硅酸盐,它与硫酸反应主要有以下两种情况H2SO4+Na2SiO3 = H2SiO3↓ + Na2SO4


H2SO4+Na2SiO3+H2O = H4SiO4↓(原硅酸) + Na2SO4


但是我们需要注意的是,利用上述反应来生成硅酸的过程,其本质是在溶液中H离子与SiO3根离子结成生成难溶性酸(H2SiO3)的过程。一般来说在质量分数为98%的浓硫酸中,水分子的量远小于浓硫酸的量,所以浓硫酸的存在形式主要为硫酸分子,电离出氢离子的只有一小部分,而玻璃塞中的硅酸盐也只是很小一部分,因此就可以采用玻璃塞。况且浓硫酸是稳定性酸,不具有挥发性,在日常存放过程中两者不会相互接触,因此我们用带有玻璃塞的玻璃瓶盛放浓硫酸是没有问题的。


按这个说法,所有稀酸岂不是都不能用玻璃瓶装了?


玻璃里的硅和氧结合成三维网状结构,很难被破坏,因此玻璃成分中硅酸盐的阴离子难以溶解在酸中。而二氧化硅本身就是三维网状结构,其中的硅元素可以被氢氧根进攻而脱离网状结构,因此可以被溶解。同理玻璃也可以被部分溶解。而溶解并不是完全单向的反应,一定程度上是可逆的,瓶口水会蒸发,溶液中的硅酸盐重新析出,而析出的方式恰巧与溶解相反,是粘连在玻璃的硅酸盐结构上。又因为瓶口磨砂的比表面积大,极易被粘连,所以会导致瓶口与瓶身无法分离的状态。


需要注意到,如果把玻璃棒扔到烧杯里泡在浓氢氧化钠中,同样也不会粘连,这是因为比表面积很小。而一些浓度高的盐溶液,如果溶液润湿磨口,同样会粘连,这是因为上方水蒸发,固体析出在磨口上,导致粘连。