Dlaczego temperatura wrzenia kwasu siarkowego jest znacznie wyższa niż kwasu fosforowego?

Kwas fosforowy nie jest mocnym kwasem i nie ulega całkowitej deprotonizacji.

Oba kwasy mają podobną masę molową około 98 gramów na mol.

Inną właściwością, którą należy wziąć pod uwagę, jest tworzenie netto momentu dipolowego na cząsteczce. Po dołączeniu struktury 3D kwasu fosforowego każdy z trzech atomów tlenu w $ \ ce {- OH} $ grupa ciągnie z równą siłą, znosząc się nawzajem, pozostawiając moment dipolowy netto idący w górę pochodzący od podwójnie związanego tlenu.

Jednak w przypadku kwasu siarkowego obie grupy wiązań wodorowych ciągną się w stosunkowo tym samym kierunku, podczas gdy podwójnie związane atomy tlenu ciągną się w przeciwnym kierunku, tworząc st dipol sieci rongera.

Jest to analogiczne do właściwości dipolowych netto chlorowanych metanów. Zobacz załączony obraz i zwróć uwagę na podobieństwa w ich budowie i budowie omawianych kwasów.

Kolejny kluczowy powód różnica w temperaturze wrzenia to autoprotoliza kwasu siarkowego. Nawet bez wody kwas siarkowy może stracić proton, jak pokazano na poniższym równaniu:

$$ \ ce {2H2SO4 < = > H3SO4 + + HSO4 -} $$

Kwas fosforowy jest słabym kwasem i nie ma takich oddziaływań, a jedynie traci protony (w równowadze) w obecności wody. Autoprotoliza jest ważna, ponieważ poprzez autoprotolizę kwas siarkowy tworzy teraz interakcje jonowo-jonowe, które są znacznie silniejszymi interakcjami niż wiązania wodorowe.

Dlatego też, jako połączenie nieco silniejszego momentu dipolowego, a bardziej ze względu na autoprotolizę, kwas siarkowy ma silniejsze siły międzycząsteczkowe, a tym samym wyższą temperaturę wrzenia.

Komentarze

• Czysty H3PO4 również ulega autoprotolizie i w jeszcze większym stopniu niż H2SO4. Zachowanie czystych substancji ma niewiele wspólnego z ich interakcjami z wodą, gdy są one silnie rozcieńczone.
• @Mithoron Czy to oznacza pKa $ \ ce {H3PO4} $ w $ \ ce {H3PO4 } $ jest wyższe niż pKa $ \ ce {H2SO4} $ w $ \ ce {H2SO4} $? ' Szukałem źródła tego, ale nie ' nie mogłem znaleźć żadnego, czy masz takie przypadkiem? Ufam, że to, co ' mówisz, jest prawdą, ale jeśli istnieje skonsolidowane źródło tego, ' uznam to za przydatne.
• @DGS books.google.pl/… It ' autoprotoliza jest prawdopodobnie najsilniejszym ze wszystkich znanych kwasów, ale raczej z powodu wyższej zasadowości, a nie kwasowości (łatwiej się protonuje).
• co ma wspólnego masa molowa z BP?
• @Howsikan Mass okazuje się nie najlepszym wskaźnikiem dla sił dyspersji, ponieważ są one wyłącznie efektem elektronicznym (pomyśl o izotopach – aczkolwiek masa molowa zajmuje się tym problemem). Spójrz na tabelę atomowych zdolności polaryzacyjnych, a zobaczysz, że trend jest skierowany w dół w lewo na PT i jest odzwierciedlony w promieniu atomowym i energii jonizacji. Odnośnie cząsteczek: należy wziąć pod uwagę wpływ takich czynników, jak pole powierzchni cząsteczki ': dwa izomery C16H32 wrzą w temperaturze 513 i 554 K; 9 &, odpowiednio, 16 C głównych łańcuchów. Możesz sobie wyobrazić polaryzację jako sposób, w jaki ' dyskietka ' gatunek jest

Oprócz czynników, o których wspomniał Howsikan, moja intuicja prowadzi mnie do przekonania, że istnieje równoległość z punktami wrzenia $ \ ce {NH3} $ i $ \ ce { H2O} $. Myślę, że okso ($ \ ce {O = P} $ i $ \ ce {O = S} $) są lepszymi akceptorami niż grupy hydroksylowe, więc kwasy wolałyby $ \ ce {OH … O =} $ ponad $ \ ce {OH … OH} $.$ \ ce {H3PO3} $ ma trzy grupy okso do jednego hydroksylu, podczas gdy $ \ ce {H2SO4} $ ma dwa z nich, więc $ \ ce {H2SO4} $ może łatwiej stworzyć korzystną sieć.