Vilka faktorer påverkar svavelsyras löslighet?
Vitriololja, bättre känd som svavelsyra, består av de tre elementen väte (H), svavel (S) och syre (O), och har den kemiska formeln H2SO4. Detta är en av de mest kraftfulla syrorna som är kända. Det är också ett farligt dehydratiseringsmedel som upplöses i vatten snabbt och i alla proportioner. Svavelsyras löslighet i vatten föredras så energiskt, att det till och med kan leda till livskador eller lemmar. Faktorer som bidrar till dess stora löslighet i vatten inkluderar dess höga polaritet, lätthet av jonisering, stabilisering genom vätebindning och dess anjonens symmetri.
Som en allmän regel "som upplöses som" indikerar vatten, ett mycket polärt lösningsmedel, kommer att lösa andra polära ämnen. Polaritet har en nära relation till ett ämnes dielektriska konstant, ett materials laddningshanteringsförmåga. Den dielektriska konstanten på 100 procent svavelsyra är ungefär 100, vilket är högre än för vatten, vid cirka 80. Denna konstant definierar graden i laddningsreduktion som ett ämne kan göra mot en partikel som helt är innesluten i den. Löslighet i svavelsyra är klart, energiskt gynnad av denna process.
Jonisering i svavelsyra är så stark, det kan göra det för sig själv, processen kallas auto-protolys. Mekaniskt är reaktionen 2 H 2 SO 4 → H 3 + SO 4 + HSO 4 - . Eftersom jonisering är uppdelningen av ett ämne i dess laddade beståndsdelar - en del av upplösningsprocessen - är svavelsyralösligheten inte bara fullständig i vatten, utan den är snabb. Själva H3 + SO4-delen joniseras ytterligare.
Vätebindning är en mängd "svag" bindning som uppstår mellan elektropositiva väteatomer och specifika elektronegativa atomer, inklusive syre, kväve och fluor. Svavelsyras negativa jon, eller anjon, innehåller en svavelatom bunden till fyra syreatomer. Strukturen har således god förmåga att bilda starka och flera vätebindningar. Denna form av bindning ger ökad stabilitet till anjonerna, och när den väl bildats påverkar rekombinationen av joner. Processen är energiskt starkt missnöjd och tillhandahåller ännu en ytterligare faktor som garanterar svavelsyras löslighet.
Anjonen av helt joniserad svavelsyra är SO 4 −2 . Denna jon är mycket symmetrisk, de två laddningselektronerna kan lätt ligga på någon av de fyra syreatomerna vid omkretsen. Denna resonansstabilitet minskar vidare tendensen till jonrekombination och är en del av svavelsyralöslighetsförpackningen. Storleken på denna redan stora anjon ökas kraftigt av omgivande vattenmolekyler som vätebindes till den. Detta sprider den blygsamma negativa laddningen över den mycket större yttre ytan av den hydratiserade anjonen, och kan jämföras med hydratiseringsprocessen och hydrolysen av positiva metallkationer.