Welche Faktoren beeinflussen die Löslichkeit von Schwefelsäure?
Vitriolöl, besser bekannt als Schwefelsäure, besteht aus den drei Elementen Wasserstoff (H), Schwefel (S) und Sauerstoff (O) und besitzt die chemische Formel H 2 SO 4 . Dies ist eine der stärksten bekannten Säuren. Es ist auch ein gefährliches Dehydratisierungsmittel, das sich schnell und in beliebigen Anteilen in Wasser auflöst. Schwefelsäurelöslichkeit in Wasser wird so energetisch begünstigt, dass es sogar zu Schäden an Leib und Leben kommen kann. Zu den Faktoren, die zu seiner guten Wasserlöslichkeit beitragen, gehören die hohe Polarität, die leichte Ionisierung, die Stabilisierung durch Wasserstoffbrückenbindung und die Symmetrie seines Anions.
In der Regel bedeutet "wie sich auflöst wie", dass Wasser, ein hochpolares Lösungsmittel, andere polare Substanzen auflöst. Die Polarität steht in enger Beziehung zur Dielektrizitätskonstante einer Substanz, der Ladungshandhabungsfähigkeit eines Materials. Die Dielektrizitätskonstante von 100% iger Schwefelsäure beträgt ungefähr 100, was höher ist als die von Wasser, und zwar bei ungefähr 80. Diese Konstante definiert den Grad der Ladungsreduzierung, die eine Substanz gegenüber einem vollständig darin enthaltenen Partikel bewirken kann. Die Löslichkeit von Schwefelsäure wird durch dieses Verfahren eindeutig energetisch begünstigt.
Die Ionisation in Schwefelsäure ist so stark, dass sie sich selbst antun kann, was als Autoprotolyse bezeichnet wird. Mechanistisch ist die Reaktion 2 H 2 SO 4 → H 3 + SO 4 + HSO 4 - . Da es sich bei der Ionisation um die Aufspaltung eines Stoffes in seine geladenen Bestandteile handelt - Teil des Auflösungsprozesses - ist die Löslichkeit von Schwefelsäure in Wasser nicht nur vollständig, sondern auch schnell. Der H 3 + SO 4 -Anteil selbst ionisiert weiter.
Wasserstoffbindung ist eine Vielzahl von "schwachen" Bindungen, die zwischen elektropositiven Wasserstoffatomen und spezifischen elektronegativen Atomen, einschließlich Sauerstoff, Stickstoff und Fluor, auftreten. Das negative Ion oder Anion der Schwefelsäure enthält ein Schwefelatom, das an vier Sauerstoffatome gebunden ist. Die Struktur hat somit reichlich die Fähigkeit, starke und mehrfache Wasserstoffbrücken zu bilden. Diese Form der Bindung verleiht den Anionen eine erhöhte Stabilität und wirkt sich nach ihrer Bildung auf die Rekombination der Ionen aus. Das Verfahren ist energetisch stark ungünstig und liefert noch einen zusätzlichen Faktor, der die Löslichkeit von Schwefelsäure garantiert.
Das Anion der vollständig ionisierten Schwefelsäure ist SO 4 -2 . Dieses Ion ist hochsymmetrisch, die beiden Ladungselektronen können sich leicht an einem der vier Sauerstoffatome am Umfang befinden. Diese Resonanzstabilität verringert ferner die Tendenz der Ionenrekombination und ist Teil des Schwefelsäurelöslichkeitspakets. Die Größe dieses bereits großen Anions wird durch umgebende Wassermoleküle, die sich mit Wasserstoff verbinden, stark erhöht. Dies verteilt die bescheidene negative Ladung über die viel größere äußere Oberfläche des hydratisierten Anions und kann mit dem Hydratations- und Hydrolyseprozess von positiven Metallkationen verglichen werden.