Jakie czynniki wpływają na rozpuszczalność kwasu siarkowego?
Olej witriolu, lepiej znany jako kwas siarkowy, składa się z trzech pierwiastków: wodoru (H), siarki (S) i tlenu (O) i ma wzór chemiczny H 2 SO 4 . Jest to jeden z najsilniejszych znanych kwasów. Jest także niebezpiecznym środkiem odwadniającym, szybko rozpuszczającym się w wodzie i w dowolnych proporcjach. Rozpuszczalność kwasu siarkowego w wodzie jest tak uprzywilejowana energetycznie, że może nawet spowodować uszkodzenie życia lub kończyny. Czynniki przyczyniające się do jego doskonałej rozpuszczalności w wodzie obejmują wysoką biegunowość, łatwość jonizacji, stabilizację poprzez wiązanie wodorowe oraz symetrię anionu.
Zasadniczo „podobne rozpuszcza się jak” wskazuje na wodę, wysoce polarny rozpuszczalnik, rozpuszcza inne polarne substancje. Biegunowość ma ścisły związek ze stałą dielektryczną substancji, zdolnością do przenoszenia ładunku materiału. Stała dielektryczna 100 procent kwasu siarkowego wynosi około 100, czyli więcej niż woda, przy około 80. Ta stała określa stopień zmniejszenia ładunku, jaki substancja jest w stanie osiągnąć w kierunku cząsteczki całkowicie w niej zawartej. Ten proces wyraźnie wspiera energetycznie rozpuszczalność kwasu siarkowego.
Jonizacja w kwasie siarkowym jest tak silna, że może zrobić to sama, a proces ten nazywa się autoprotolizą. Mechanistycznie reakcja to 2 H 2 SO 4 → H 3 + SO 4 + HSO 4 - . Ponieważ jonizacja to rozpad substancji na naładowane składniki - część procesu rozpuszczania - rozpuszczalność kwasu siarkowego jest nie tylko pełna w wodzie, ale jest szybka. Sama część H 3 + SO 4 jonizuje dalej.
Wiązanie wodorowe to różnorodne „słabe” wiązanie, które występuje między elektrododatnimi atomami wodoru i specyficznymi elektroujemnymi atomami, w tym tlenem, azotem i fluorem. Jon ujemny lub anion kwasu siarkowego zawiera atom siarki przyłączony do czterech atomów tlenu. Struktura ma zatem wystarczającą zdolność do tworzenia silnych i wielokrotnych wiązań wodorowych. Ta forma wiązania zwiększa stabilność anionów, a po utworzeniu wpływa na rekombinację jonów. Proces ten jest zdecydowanie uprzywilejowany energetycznie, zapewniając jeszcze dodatkowy czynnik gwarantujący rozpuszczalność kwasu siarkowego.
Anion całkowicie zjonizowanego kwasu siarkowego to SO 4-2 . Jon ten jest wysoce symetryczny, dwa elektrony ładunkowe mogą z łatwością znajdować się na dowolnym z czterech atomów tlenu na obwodzie. Ta stabilność rezonansowa dodatkowo zmniejsza tendencję do rekombinacji jonów i jest częścią pakietu rozpuszczalności w kwasie siarkowym. Rozmiar tego już dużego anionu jest znacznie zwiększony przez otaczające go cząsteczki wody, które wiążą się z nim wodorem. To rozkłada niewielki ładunek ujemny na znacznie większą zewnętrzną powierzchnię uwodnionego anionu i można go porównać do procesu uwodnienia i hydrolizy dodatnich kationów metali.