Quali fattori influenzano la solubilità dell'acido solforico?
L'olio di vetriolo, meglio noto come acido solforico, è composto dai tre elementi idrogeno (H), zolfo (S) e ossigeno (O) e possiede la formula chimica H 2 SO 4 . Questo è uno degli acidi più potenti conosciuti. È anche un pericoloso agente disidratante, che si dissolve rapidamente in acqua e in qualsiasi proporzione. La solubilità dell'acido solforico in acqua è così energicamente favorita che può persino provocare danni alla vita o agli arti. I fattori che contribuiscono alla sua grande solubilità in acqua comprendono l'elevata polarità, la facilità di ionizzazione, la stabilizzazione mediante legame all'idrogeno e la simmetria del suo anione.
Come regola generale "il simile si dissolve come" indica che l'acqua, un solvente altamente polare, dissolverà altre sostanze polari. La polarità ha una stretta relazione con la costante dielettrica di una sostanza, la capacità di gestione della carica di un materiale. La costante dielettrica di acido solforico al 100 percento è di circa 100, che è superiore a quella dell'acqua, a circa 80. Questa costante definisce il grado di riduzione della carica che una sostanza è in grado di produrre verso una particella completamente racchiusa al suo interno. La solubilità dell'acido solforico è chiaramente favorita energicamente da questo processo.
La ionizzazione nell'acido solforico è così forte, può farlo da sola, il processo viene chiamato auto-protolisi. Meccanicamente, la reazione è 2 H 2 SO 4 → H 3 + SO 4 + HSO 4 - . Poiché la ionizzazione è la rottura di una sostanza nei suoi componenti carichi - parte del processo di dissoluzione - la solubilità dell'acido solforico non è completa solo in acqua, ma è rapida. La porzione H 3 + SO 4 , stessa, si ionizza ulteriormente.
Il legame all'idrogeno è una varietà di legame "debole" che si verifica tra atomi di idrogeno elettropositivi e atomi elettronegativi specifici, inclusi ossigeno, azoto e fluoro. Lo ione negativo o anione dell'acido solforico contiene un atomo di zolfo attaccato a quattro atomi di ossigeno. La struttura ha quindi un'ampia capacità di formare legami idrogeno forti e multipli. Questa forma di legame aggiunge una maggiore stabilità agli anioni e, una volta formata, influisce sulla ricombinazione degli ioni. Il processo è energicamente molto sfavorevole, fornendo ancora un ulteriore fattore che garantisce la solubilità dell'acido solforico.
L'anione dell'acido solforico completamente ionizzato è SO 4 −2 . Questo ione è altamente simmetrico, i due elettroni di carica possono facilmente risiedere su uno dei quattro atomi di ossigeno sul perimetro. Questa stabilità di risonanza riduce ulteriormente la tendenza alla ricombinazione ionica ed è parte del pacchetto di solubilità dell'acido solforico. La dimensione di questo già grande anione è notevolmente aumentata dalle molecole d'acqua circostanti che si legano all'idrogeno. Questo diffonde la modesta carica negativa sulla superficie esterna molto maggiore dell'anione idrato e può essere paragonata al processo di idratazione e idrolisi di cationi metallici positivi.