Quels facteurs affectent la solubilité de l'acide sulfurique?
L'huile de vitriol, mieux connue sous le nom d'acide sulfurique, comprend les trois éléments hydrogène (H), soufre (S) et oxygène (O) et possède la formule chimique H 2 SO 4 . C'est l'un des acides les plus puissants connus. C'est aussi un agent déshydratant dangereux, qui se dissout dans l'eau rapidement et dans n'importe quelle proportion. La solubilité de l’acide sulfurique dans l’eau est tellement favorisée sur le plan énergétique qu’elle peut même causer des dommages à la vie ou à un membre. Les facteurs contribuant à sa grande solubilité dans l'eau comprennent sa polarité élevée, sa facilité d'ionisation, sa stabilisation par liaison hydrogène et la symétrie de son anion.
En règle générale, "comme dissous comme" indique que l'eau, un solvant hautement polaire, dissoudra d'autres substances polaires. La polarité est étroitement liée à la constante diélectrique d'une substance, à la capacité de traitement de la charge d'un matériau. La constante diélectrique de l'acide sulfurique à 100% est d'environ 100, ce qui est supérieur à celui de l'eau, à environ 80. Cette constante définit le degré de réduction de charge qu'une substance peut obtenir vers une particule complètement englobée dans celle-ci. La solubilité de l’acide sulfurique est clairement favorisée par ce procédé.
L’ionisation dans l’acide sulfurique est si forte qu’elle peut se faire à elle-même, le processus étant appelé autoprotolyse. Mécaniquement, la réaction est 2 H 2 SO 4 → H 3 + SO 4 + HSO 4 - . Puisque l'ionisation est la décomposition d'une substance en ses constituants chargés - une partie du processus de dissolution - la solubilité de l'acide sulfurique n'est pas seulement complète dans l'eau, elle est rapide. La partie H 3 + SO 4 , elle-même, s'ionise davantage.
La liaison hydrogène est une variété de liaison "faible" qui se produit entre des atomes d'hydrogène électropositifs et des atomes électronégatifs spécifiques, notamment l'oxygène, l'azote et le fluor. L'ion négatif, ou l'anion, de l'acide sulfurique contient un atome de soufre lié à quatre atomes d'oxygène. La structure a ainsi une capacité suffisante pour former des liaisons hydrogène fortes et multiples. Cette forme de liaison ajoute une stabilité accrue aux anions et, une fois formée, affecte la recombinaison des ions. Le procédé est fortement désavantagé sur le plan énergétique, fournissant un facteur supplémentaire garantissant la solubilité de l’acide sulfurique.
L’anion de l’acide sulfurique complètement ionisé est SO 4 -2 . Cet ion est très symétrique, les deux électrons de charge peuvent facilement résider sur l’un des quatre atomes d’oxygène du périmètre. De plus, cette stabilité à la résonance diminue la tendance à la recombinaison des ions et fait partie de l'ensemble de solubilité dans l'acide sulfurique. La taille de cet anion déjà grand est considérablement accrue par les molécules d'eau environnantes qui se lient à l'hydrogène. Cela répartit la charge négative modeste sur la surface beaucoup plus grande de l'anion hydraté et peut être comparé au processus d'hydratation et d'hydrolyse de cations métalliques positifs.