Jaké faktory ovlivňují rozpustnost kyseliny sírové?
Olej z vitriolu, lépe známý jako kyselina sírová, se skládá ze tří prvků: vodík (H), síra (S) a kyslík (O), a má chemický vzorec H2S04. To je jedna z nejsilnějších známých kyselin. Je to také nebezpečné dehydratační činidlo, které se rychle rozpustí ve vodě v jakémkoli poměru. Rozpustnost kyseliny sírové ve vodě je tak energeticky zvýhodněná, může dokonce vést k poškození života nebo končetin. Mezi faktory, které přispívají k jeho velké rozpustnosti ve vodě, patří její vysoká polarita, snadná ionizace, stabilizace pomocí vodíkové vazby a symetrie jeho aniontu.
Obecně platí, že „jako se rozpustí jako“ označuje vodu, vysoce polární rozpouštědlo, rozpouští jiné polární látky. Polarita úzce souvisí s dielektrickou konstantou látky, schopnost manipulace s materiálem. Dielektrická konstanta 100 procent kyseliny sírové je přibližně 100, což je vyšší než konstantní u vody, při asi 80. Tato konstanta definuje stupeň redukce náboje, který je látka schopna dosáhnout směrem k částice, která je v ní zcela zahrnuta. Rozpustnost kyseliny sírové je tímto procesem zjevně energeticky výhodná.
Ionizace v kyselině sírové je tak silná, že to dokáže sama, proces se nazývá autoprotolýza. Mechanicky je reakce 2 H 2 SO 4 → H 3 + SO 4 + HSO 4 - . Protože ionizace je rozklad látky na její nabité složky - součást procesu rozpouštění - rozpustnost kyseliny sírové není pouze úplná ve vodě, je rychlá. H3 + SO4 část sama o sobě dále ionizuje.
Vodíková vazba je řada „slabých“ vazeb, ke kterým dochází mezi elektropozitivními vodíkovými atomy a specifickými elektronegativními atomy, včetně kyslíku, dusíku a fluoru. Negativní iont nebo anion kyseliny sírové obsahuje atom síry vázaný ke čtyřem atomům kyslíku. Struktura má tedy dostatečnou schopnost vytvářet silné a vícenásobné vodíkové vazby. Tato forma spojení přidává zvýšenou stabilitu aniontů a jakmile se vytvoří, ovlivňuje rekombinaci iontů. Tento proces je energeticky velmi nepříznivý a poskytuje další faktor zaručující rozpustnost kyseliny sírové.
Anion úplně ionizované kyseliny sírové je S04-2. Tento ion je vysoce symetrický, oba nábojové elektrony se mohou snadno nacházet na kterémkoli ze čtyř atomů kyslíku v obvodu. Tato rezonanční stabilita dále snižuje tendenci iontové rekombinace a je součástí balíčku rozpustnosti kyseliny sírové. Velikost tohoto již tak velkého aniontu je značně zvětšena okolními molekulami vody, které k němu vázají vodík. Tím se šíří mírný záporný náboj na mnohem větší vnější povrchovou plochu hydratovaného aniontu a lze jej porovnat s procesem hydratace a hydrolýzy pozitivních kovových kationtů.