Какие факторы влияют на растворимость серной кислоты?
Масло купороса, более известное как серная кислота, состоит из трех элементов: водорода (H), серы (S) и кислорода (O) и обладает химической формулой H 2 SO 4 . Это одна из самых мощных известных кислот. Это также опасный обезвоживающий агент, быстро растворяющийся в воде и в любых пропорциях. Растворимость серной кислоты в воде настолько энергетически благоприятна, что может даже привести к повреждению жизни или здоровья конечностей. Факторы, способствующие его высокой растворимости в воде, включают его высокую полярность, легкость ионизации, стабилизацию посредством водородных связей и симметрию его аниона.
Как правило, «подобное растворяет подобное» указывает на то, что вода, высокополярный растворитель, растворяет другие полярные вещества. Полярность имеет тесную связь с диэлектрической проницаемостью вещества, способностью обработки заряда материала. Диэлектрическая проницаемость 100-процентной серной кислоты составляет приблизительно 100, что выше, чем у воды, около 80. Эта константа определяет степень уменьшения заряда, которую вещество способно образовать по отношению к частице, полностью находящейся внутри нее. Растворимость серной кислоты, очевидно, энергетически благоприятна этим процессом.
Ионизация в серной кислоте настолько сильна, что она может сделать это сама, этот процесс называется автопротолизом. Механически, реакция является 2 H 2 SO 4 → H 3 + SO 4 + HSO 4 - . Поскольку ионизация - это распад вещества на его заряженные составляющие - часть процесса растворения - растворимость серной кислоты не только полная в воде, но и быстрая. Часть H 3 + SO 4 сама ионизируется дальше.
Водородная связь - это разновидность «слабой» связи, которая возникает между электроположительными атомами водорода и конкретными электроотрицательными атомами, включая кислород, азот и фтор. Отрицательный ион серной кислоты, или анион, содержит атом серы, связанный с четырьмя атомами кислорода. Таким образом, структура обладает достаточной способностью образовывать прочные и множественные водородные связи. Эта форма связи добавляет повышенную стабильность анионам и, будучи сформированной, влияет на рекомбинацию ионов. Процесс энергетически сильно неблагоприятен, обеспечивая еще один дополнительный фактор, гарантирующий растворимость серной кислоты.
Анион полностью ионизированной серной кислоты - SO 4 -2 . Этот ион очень симметричен, два заряженных электрона могут легко находиться на любом из четырех атомов кислорода по периметру. Эта резонансная стабильность снижает, кроме того, тенденцию к ионной рекомбинации и является частью пакета растворимости в серной кислоте. Размер этого уже большого аниона значительно увеличивается благодаря окружающим его молекулам воды, которые связываются с ним водородом. Это распространяет умеренный отрицательный заряд по значительно большей площади внешней поверхности гидратированного аниона и может быть сравним с процессом гидратации и гидролиза положительных катионов металлов.