Quais fatores afetam a solubilidade do ácido sulfúrico?
O óleo de vitríolo, mais conhecido como ácido sulfúrico, consiste nos três elementos hidrogênio (H), enxofre (S) e oxigênio (O), e possui a fórmula química H 2 SO 4 . Este é um dos ácidos mais poderosos conhecidos. É também um agente desidratante perigoso, dissolvendo-se rapidamente na água e em qualquer proporção. A solubilidade do ácido sulfúrico na água é tão favorecida energeticamente que pode até resultar em danos à vida ou aos membros. Os fatores que contribuem para sua grande solubilidade na água incluem alta polaridade, facilidade de ionização, estabilização por ligação de hidrogênio e simetria de seu ânion.
Como regra geral, "como se dissolve como" indica que a água, um solvente altamente polar, dissolverá outras substâncias polares. A polaridade tem uma relação próxima com a constante dielétrica de uma substância, a capacidade de manipulação de carga de um material. A constante dielétrica de 100% de ácido sulfúrico é de aproximadamente 100, o que é mais alto que o da água, em cerca de 80. Essa constante define o grau de redução de carga que uma substância é capaz de fazer em relação a uma partícula completamente envolvida nela. A solubilidade do ácido sulfúrico é claramente favorecida energeticamente por esse processo.
A ionização no ácido sulfúrico é tão forte que pode fazer isso sozinha, sendo o processo chamado de autoprotólise. Mecanisticamente, a reação é 2 H 2 SO 4 → H 3 + SO 4 + HSO 4 - . Como a ionização é a decomposição de uma substância em seus constituintes carregados - parte do processo de dissolução - a solubilidade do ácido sulfúrico não é apenas completa na água, é rápida. A porção H 3 + SO 4 , por si só, ioniza ainda mais.
A ligação de hidrogênio é uma variedade de ligações "fracas" que ocorre entre átomos de hidrogênio eletropositivos e átomos eletronegativos específicos, incluindo oxigênio, nitrogênio e flúor. O íon negativo do ácido sulfúrico, ou ânion, contém um átomo de enxofre ligado a quatro átomos de oxigênio. A estrutura, portanto, possui ampla capacidade de formar ligações fortes e múltiplas de hidrogênio. Essa forma de ligação adiciona maior estabilidade aos ânions e, uma vez formada, afeta a recombinação dos íons. O processo é muito desfavorecido energeticamente, fornecendo ainda um fator adicional que garante a solubilidade do ácido sulfúrico.
O ânion do ácido sulfúrico completamente ionizado é SO 4 −2 . Esse íon é altamente simétrico, os dois elétrons de carga podem residir facilmente em qualquer um dos quatro átomos de oxigênio no perímetro. Essa estabilidade de ressonância diminui ainda mais a tendência de recombinação de íons e faz parte do pacote de solubilidade em ácido sulfúrico. O tamanho desse ânion já grande é bastante aumentado pelas moléculas de água circundantes que se ligam a hidrogênio. Isso espalha a carga negativa modesta sobre a área da superfície externa muito maior do ânion hidratado e pode ser comparado ao processo de hidratação e hidrólise de cátions metálicos positivos.