Otrzymany kwas nadtlenosiarkowy nazywany jest także kwasem Caro, nazwa ta pochodzi od jego odkrywcy – Heinrich’a Caro. Otrzymuje się go w wyniku reakcji stężonego kwasu siarkowego(VI) z 30% roztworem nadtlenku wodoru w stosunku 3:1. Można zapisać równanie reakcji:

H₂SO₄ + H₂O₂ H₂SO₅ + H₂O

Przedstawiony proces jest silnie egzotermiczny, temperatura układu może wzrosnąć nawet do ponad 100 ^oC (Princeton.edu). W wysokiej temperaturze stan równowagi reakcji jest przesuwany w kierunku tworzenia substratów.

Otrzymywanie kwasu nadtlenosiarkowego nie jest procesem utlenienia-redukcji, ze względu na fakt, że atomy tlenu w grupie nadtlenkowej kwasu ─S─O─O─H, podobnie jak w nadtlenku wodoru, występują na -I stopniu utlenienia. Zatem, siarka zarówno w kwasie siarkowy jak i nadtlenosiarkowym pozostaje na stopniu +VI.

Rys. 1. Wzór strukturalny kwasu nadtlenosiarkowego (PubChem).

Na filmie wyraźnie widać, że z otrzymanego roztworu wydzielają się pęcherzyki bezbarwnego gazu. Powstają one z rozkładu substratów i produktów reakcji, jest to zatem głównie tlen oraz tlenki siarki. (Suess, 2010)

Kwas nadtlenosiarkowy jest związkiem o silnych właściwościach utleniających. Po wprowadzeniu substancji organicznych do jego roztworu następuje szybka i gwałtowna reakcja utlenienia, której ogólny schemat można zapisać następująco:

H₂SO₅ + substancja organiczna → CO₂ + H₂O + H₂SO₄

Po rozkładzie bibuły oraz waty można było zaobserwować zabarwienie/zmętnienie roztworu. Barwa ta pochodzi głównie od węgla będącego produktem reakcji częściowego utlenienia substancji organicznej, oraz jej odwodnienia przez kwas siarkowy(VI). Powstały węgiel jest dalej utleniany przez kwas nadtlenosiarkowy, nadtlenek wodoru oraz wydzielający się tlen do tlenku węgla(IV), a zabarwienie zanika.

W przypadku rozkładu żelkowego misia ilość powstałego węgla była zbyt duża, aby mogła zostać utleniona przez zastosowaną ilość odczynnika.

Roztwór pirania jest stosowany do mycia szkła, w szczególności do usuwania pozostałości związków organicznych. Posiada również silne właściwości odkażające.

UWAGA! Substancje niebezpieczne:

• • Kwas siarkowy(VI)

• • Perhydrol

• • Podczas otrzymywania roztworu pirania zbyt duże stężenie nadtlenku wodoru może prowadzić do powstania niestabilnej mieszaniny, która w skrajnym wypadku może mieć właściwości wybuchowe. Z tego powodu należy zawsze dodawać nadtlenek wodoru do kwasu (nie odwrotnie) i nie należy zwiększać ilości nadtlenku ponad podany stosunek.

• Nigdy nie należy wprowadzać do kwasu Caro ciekłych substancji organicznych, a w szczególności aldehydów i ketonów. Reakcja z ciekłymi związkami organicznymi może zachodzić wybuchowo, a w reakcji z aldehydami i ketonami powstają skrajnie niestabilne i wybuchowe nadtlenki organiczne np.: peroksyaceton.

Literatura:

Suess, H. U. (2010). Pulp Bleaching Today. Berlin: Walter de Gruyter GmbH & Co. KG, str. 161.

http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/2754594#section=Top

http://web.princeton.edu/sites/ehs/labsafetymanual/cheminfo/piranha.htm