Welke factoren beïnvloeden de oplosbaarheid van zwavelzuur?
Vitriololie, beter bekend als zwavelzuur, bestaat uit de drie elementen waterstof (H), zwavel (S) en zuurstof (O) en bezit de chemische formule H2SO4. Dit is een van de krachtigste bekende zuren. Het is ook een gevaarlijk dehydratatiemiddel, dat snel en in alle verhoudingen in water oplost. Oplosbaarheid van zwavelzuur in water is zo energetisch de voorkeur dat het zelfs kan leiden tot schade aan leven of ledematen. Factoren die bijdragen aan de grote oplosbaarheid in water zijn de hoge polariteit, het gemak van ionisatie, stabilisatie door waterstofbinding en de symmetrie van het anion.
Als algemene regel geeft "zoals oplost zoals" aan dat water, een sterk polair oplosmiddel, andere, polaire stoffen zal oplossen. Polariteit hangt nauw samen met de diëlektrische constante van een stof, het vermogen van een materiaal om ladingen te verwerken. De diëlektrische constante van 100 procent zwavelzuur is ongeveer 100, wat hoger is dan die van water, bij ongeveer 80. Deze constante definieert de mate van ladingsreductie die een stof kan maken in de richting van een volledig daarin opgenomen deeltje. Oplosbaarheid van zwavelzuur wordt duidelijk energetisch begunstigd door dit proces.
Ionisatie in zwavelzuur is zo sterk dat het het zichzelf kan aandoen, het proces wordt autoprotolyse genoemd. Mechanistisch is de reactie 2 H 2 SO 4 → H 3 + SO 4 + HSO 4 - . Aangezien ionisatie het uiteenvallen van een stof in zijn geladen bestanddelen is - onderdeel van het oplosproces - is de oplosbaarheid van zwavelzuur niet alleen volledig in water, maar ook snel. Het H 3 + SO 4- gedeelte zelf ioniseert verder.
Waterstofbinding is een verscheidenheid van "zwakke" binding die optreedt tussen elektropositieve waterstofatomen en specifieke elektronegatieve atomen, waaronder zuurstof, stikstof en fluor. Het negatieve ion of zwavelzuur van zwavelzuur bevat een zwavelatoom gehecht aan vier zuurstofatomen. De structuur heeft dus een ruim vermogen om sterke en meerdere waterstofbruggen te vormen. Deze vorm van binding voegt verhoogde stabiliteit toe aan de anionen en beïnvloedt eenmaal de recombinatie van ionen. Het proces is energetisch sterk ongunstig en levert nog een extra factor die de oplosbaarheid van zwavelzuur garandeert.
Het anion van volledig geïoniseerd zwavelzuur is SO 4 -2 . Dit ion is zeer symmetrisch, de twee ladingselektronen kunnen gemakkelijk op elk van de vier zuurstofatomen aan de omtrek verblijven. Deze resonantiestabiliteit vermindert verder de neiging van ionenrecombinatie en maakt deel uit van het zwavelzuuroplosbaarheidspakket. De grootte van dit al grote anion wordt enorm vergroot door watermoleculen te omringen die zich waterstofbinden. Dit verspreidt de bescheiden negatieve lading over het veel grotere buitenoppervlak van het gehydrateerde anion en kan worden vergeleken met het proces van hydratatie en hydrolyse van positieve metaalkationen.