Hvorfor er svovlsyreens kogepunkt meget højere end phosphorsyre?
Ifølge databogen
• Kogepunktet for svovlsyre er 337 ° C (639 ° F; 610 K) Når svovlsyre er over 300 ° C (572 ° F) nedbrydes langsomt.
• Kogepunktet for phosphorsyre er 158 ° C (316 ° F; 431 K) Når phosphorsyre er over 213 ° C (415 ° F; 486 K) , det vil nedbrydes langsomt.
Imidlertid kan svovlsyre kun danne 2 hydrogenbindinger pr. molekyle, men phosphorsyre kan danne 3 hydrogenbindinger pr. molekyle. Mens begge er stærke syrer, der kan gennemgå fuldstændig ionisering, hvilke andre faktorer, som jeg har ignoreret, kan føre til, at svovlsyreens kogepunkt er meget højere end phosphorsyrens?
Svar
Fosforsyre er ikke en stærk syre, og den gennemgår ikke fuldstændig deprotonisering.
Begge syrer har en lignende molær masse på omkring 98 gram pr. mol.
En anden egenskab, der skal overvejes, er dannelsen af et netto dipolmoment på molekylet. Med phosphorsyren 3D-struktur bundet er hvert af de tre iltatomer i $ \ ce {- OH} $ gruppe trækker med samme styrke, annullerer hinanden og efterlader et netto dipolmoment, der går opad fra dobbeltbundet ilt.
Med svovlsyre trækker imidlertid begge hydrogenbindingsgrupperne i relativt samme retning, mens de dobbeltbundne iltatomer trækker i den modsatte retning og danner en st rongere netdipol.
Dette er analogt med nettodipolegenskaberne af chlorerede methaner. Se det vedhæftede billede, og bemærk lighederne i deres strukturer og strukturen af de syrer, vi diskuterer.
En anden vigtig årsag til forskellen i kogepunkt er autoprotolyse af svovlsyre. Selv uden tilstedeværelse af vand kan svovlsyre miste en proton som vist i denne ligning:
$$ \ ce {2H2SO4 < = > H3SO4 + + HSO4 -} $$
Fosforsyre er en svag syre og har ikke sådanne interaktioner og mister kun protoner (i ligevægt) i nærvær af vand. Autoprotolysen er vigtig, fordi svovlsyre gennem autoprotolyse nu danner ion-ion-interaktioner, som er meget stærkere interaktioner end hydrogenbinding.
Derfor har svovlsyre stærkere intermolekylære kræfter og dermed et højere kogepunkt. Som en kombination af et lidt stærkere dipolmoment og mere på grund af autoprotolyse.
Kommentarer
- Ren H3PO4 gennemgår også autoprotolyse og i endnu større grad derefter H2SO4. Opførsel af rene stoffer har meget lidt til fælles med deres interaktion med vand, når de er stærkt fortyndet.
- @Mithoron Så betyder det pKa på $ \ ce {H3PO4} $ i $ \ ce {H3PO4 } $ er højere end pKa på $ \ ce {H2SO4} $ i $ \ ce {H2SO4} $? Jeg ' har ledt efter en kilde til det, men har ikke haft ' mulighed for at finde nogen, har du en tilfældigvis? Jeg stoler på, at det, du ' siger, er sandt, men hvis der er en konsolideret kilde til dette, ville jeg ' finde det praktisk.
- @DGS books.google.pl/… Det ' s autoprotolyse er sandsynligvis stærkest af alle kendte syrer, men snarere på grund af højere basalitet ikke surhed (bliver lettere protoneret).
- hvad har molær masse at gøre med BP?
- @Howsikan Mass viser sig ikke at være den bedste indikator for spredningskræfter, fordi de udelukkende er en elektronisk effekt (tænk på isotoper – omend molær masse tager sig af det spørgsmål). Kig op på en tabel over atomare polariserbarheder, og du vil opdage, at tendensen er ned-venstre på PT og afspejles i atomradius og ioniseringsenergi. Med hensyn til molekyler: effekter fra ting som molekylet ' s overfladeareal skal overvejes: to isomerer af C16H32 koger ved 513 og 554 K; 9 & 16 C hovedkæder henholdsvis. Du kan forestille dig polariserbarhed som, hvordan ' floppy ' arten er
Svar
Ud over de faktorer, Howsikan nævnte, får min intuition mig til at tro der “en parallel med kogepunkterne på $ \ ce {NH3} $ og $ \ ce { H2O} $. Jeg synes, at oxos ($ \ ce {O = P} $ og $ \ ce {O = S} $) er bedre acceptorer end hydroxylerne, så syrene foretrækker $ \ ce {OH … O =} $ over $ \ ce {OH … OH} $.$ \ ce {H3PO3} $ har tre oxos til en hydroxyl, mens $ \ ce {H2SO4} $ har to af hver, så $ \ ce {H2SO4} $ kan skabe et gunstigt netværk lettere.