¿Qué factores afectan la solubilidad del ácido sulfúrico?
El aceite de vitriolo, mejor conocido como ácido sulfúrico, consta de los tres elementos hidrógeno (H), azufre (S) y oxígeno (O), y posee la fórmula química H 2 SO 4 . Este es uno de los ácidos más potentes conocidos. También es un agente deshidratante peligroso, que se disuelve en agua rápidamente y en cualquier proporción. La solubilidad del ácido sulfúrico en el agua es tan favorable desde el punto de vista energético que incluso puede dañar la vida o las extremidades. Los factores que contribuyen a su gran solubilidad en agua incluyen su alta polaridad, facilidad de ionización, estabilización a través de enlaces de hidrógeno y la simetría de su anión.
Como regla general, "lo similar se disuelve como" indica que el agua, un solvente altamente polar, disolverá otras sustancias polares. La polaridad guarda una estrecha relación con la constante dieléctrica de una sustancia, la capacidad de manejo de carga de un material. La constante dieléctrica de ácido sulfúrico al 100 por ciento es aproximadamente 100, que es más alta que la del agua, a aproximadamente 80. Esta constante define el grado de reducción de carga que una sustancia puede hacer hacia una partícula completamente abarcada dentro de ella. La solubilidad del ácido sulfúrico se ve claramente favorecida energéticamente por este proceso.
La ionización en ácido sulfúrico es tan fuerte que puede hacerse sola, el proceso se llama auto-protólisis. Mecánicamente, la reacción es 2 H 2 SO 4 → H 3 + SO 4 + HSO 4 - . Dado que la ionización es la ruptura de una sustancia en sus componentes cargados, parte del proceso de disolución, la solubilidad del ácido sulfúrico no solo se completa en el agua, sino que es rápida. La porción H 3 + SO 4 , en sí misma, se ioniza más.
Los enlaces de hidrógeno son una variedad de enlaces "débiles" que se producen entre átomos de hidrógeno electropositivos y átomos electronegativos específicos, incluidos oxígeno, nitrógeno y flúor. El ión negativo o anión del ácido sulfúrico contiene un átomo de azufre unido a cuatro átomos de oxígeno. La estructura tiene una amplia capacidad para formar enlaces de hidrógeno fuertes y múltiples. Esta forma de unión agrega mayor estabilidad a los aniones y, una vez formada, afecta la recombinación de iones. El proceso tiene una gran desventaja energética, lo que proporciona un factor adicional que garantiza la solubilidad del ácido sulfúrico.
El anión del ácido sulfúrico completamente ionizado es SO 4 −2 . Este ion es altamente simétrico, los dos electrones de carga pueden residir fácilmente en cualquiera de los cuatro átomos de oxígeno en el perímetro. Esta estabilidad de resonancia disminuye, además, la tendencia de la recombinación iónica, y es parte del paquete de solubilidad del ácido sulfúrico. El tamaño de este anión, que ya es grande, aumenta considerablemente debido a las moléculas de agua circundantes que se unen a él por hidrógeno. Esto extiende la carga negativa modesta sobre el área superficial externa mucho mayor del anión hidratado, y puede compararse con el proceso de hidratación e hidrólisis de cationes metálicos positivos.