Hvorfor er kokepunktet for svovelsyre mye høyere enn for fosforsyre?
I følge databoken,
• Kokepunktet for svovelsyre er 337 ° C (639 ° F; 610 K) Når svovelsyre er over 300 ° C (572 ° F), vil den nedbrytes sakte.
• Kokepunktet for fosforsyre er 158 ° C (316 ° F; 431 K) Når fosforsyre er over 213 ° C (415 ° F; 486 K) , vil den nedbrytes sakte.
Svovelsyre kan imidlertid bare danne 2 hydrogenbindinger per molekyl, men fosforsyre kan danne 3 hydrogenbindinger per molekyl. Mens begge er sterke syrer som kan gjennomgå fullstendig ionisering, hvilke andre faktorer som jeg har ignorert, kan føre til at kokepunktet for svovelsyre er mye høyere enn for fosforsyre?
Svar
Fosforsyre er ikke en sterk syre, og den gjennomgår ikke fullstendig deprotonisering.
Begge syrene har en lignende molar masse på rundt 98 gram per mol.
En annen egenskap som bør vurderes er dannelsen av et netto dipolmoment på molekylet. Med fosforsyre-3D-strukturen festet, er hvert av de tre oksygenatomene i $ \ ce {- OH} $ -gruppen trekker med samme styrke, og avbryter hverandre, og etterlater et netto dipolmoment som går oppover fra dobbeltbundet oksygen. >
Med svovelsyre trekker imidlertid begge hydrogenbindingsgruppene i relativt samme retning, mens de dobbeltbundne oksygenatomer trekker i motsatt retning og danner en st sterkere netto dipol.
Dette er analogt med netto dipolegenskapene til klorerte metaner. Se det vedlagte bildet og legg merke til likhetene i strukturen og strukturen til syrene vi diskuterer.
En annen viktig årsak til Forskjellen i kokepunkt er autoprotolyse av svovelsyre. Selv uten tilstedeværelse av vann kan svovelsyre miste et proton som vist i denne ligningen:
$$ \ ce {2H2SO4 < = > H3SO4 + + HSO4 -} $$
Fosforsyre er en svak syre og har ikke slike interaksjoner og mister bare protoner (i likevekt) i nærvær av vann. Autoprotolysen er viktig fordi svovelsyre gjennom autoprotolyse nå danner ion-ion-interaksjoner, som er mye sterkere interaksjoner enn hydrogenbinding.
Derfor, som en kombinasjon av et litt sterkere dipolmoment og mer på grunn av autoprotolyse, har svovelsyre sterkere intermolekylære krefter, og dermed et høyere kokepunkt.
Kommentarer
- Ren H3PO4 gjennomgår også autoprotolyse og i enda større grad enn H2SO4. Oppførsel av rene stoffer har lite til felles med interaksjonen med vann når de er sterkt fortynnede.
- @Mithoron Så betyr dette pKa på $ \ ce {H3PO4} $ i $ \ ce {H3PO4 } $ er høyere enn pKa på $ \ ce {H2SO4} $ i $ \ ce {H2SO4} $? Jeg ' har lett etter en kilde til det, men har ikke ' ikke funnet noen, har du tilfeldigvis en? Jeg stoler på at det du ' sier er sant, men hvis det er en konsolidert kilde til dette, ville jeg ' d finne det nyttig.
- @DGS books.google.pl/… Det ' s autoprotolyse er sannsynligvis sterkest av alle kjente syrer, men heller på grunn av høyere basalitet ikke surhet (blir lettere protonert).
- hva har molær masse å gjøre med BP?
- @Howsikan Mass viser seg ikke å være den beste indikatoren for spredningskrefter fordi de utelukkende er en elektronisk effekt (tenk på isotoper – om enn molar masse tar seg av det problemet). Slå opp en tabell med atompolariserbarhet, og du vil finne at trenden er nede til venstre på PT, og gjenspeiles i atomradius og ioniseringsenergi. Når det gjelder molekyler: effekter fra ting som molekylet ' s overflateareal må vurderes: to isomerer av C16H32 koker ved 513 og 554 K; 9 & 16 C hovedkjeder, henholdsvis. Du kan forestille deg polariserbarhet som hvordan ' diskett ' arten er
Svar
I tillegg til faktorene Howsikan nevnte, fører intuisjonen min til å tro at det er en parallell med kokepunktene på $ \ ce {NH3} $ og $ \ ce { H2O} $. Jeg synes oxos ($ \ ce {O = P} $ og $ \ ce {O = S} $) er bedre akseptorer enn hydroksylene, så syrene foretrekker $ \ ce {OH … O =} $ over $ \ ce {OH … OH} $.$ \ ce {H3PO3} $ har tre okso til en hydroksyl, mens $ \ ce {H2SO4} $ har to av hver, så $ \ ce {H2SO4} $ kan skape et gunstig nettverk lettere.