Varför är kokpunkten för svavelsyra mycket högre än den för fosforsyra?
Enligt databoken,
• Svavelsyrans kokpunkt är 337 ° C (639 ° F; 610 K) När svavelsyra är över 300 ° C (572 ° F) kommer den att sönderdelas långsamt.
• Fosforsyrans kokpunkt är 158 ° C (316 ° F; 431 K) När fosforsyra är över 213 ° C (415 ° F; 486 K) kommer den att sönderdelas långsamt.
Svavelsyra kan emellertid bara bilda 2 vätebindningar per molekyl men fosforsyra kan bilda 3 vätebindningar per molekyl. Medan båda är starka syror som kan genomgå fullständig jonisering, vilka andra faktorer som jag har ignorerat kan leda till att svavelsyrans kokpunkt är mycket högre än den för fosforsyra?
Svar
Fosforsyra är inte en stark syra och den genomgår inte fullständig deprotonisering.
Båda syrorna har en liknande molmassa på cirka 98 gram per mol.
En annan egenskap som bör övervägas är bildandet av ett nettodipolmoment på molekylen. Med fosforsyrans 3D-struktur fäst, var och en av de tre syreatomerna i $ \ ce {- OH} $ -grupp drar med samma styrka och avbryter varandra och lämnar ett nettodipolmoment som går uppåt från det dubbelbundna syret.
Med svavelsyra drar dock båda vätebindningsgrupperna i relativt samma riktning, medan de dubbelbundna syreatomerna drar i motsatt riktning och bildar en st starkare nätdipol.
Detta är analogt med nettodipolegenskaperna hos klorerade metaner. Se den bifogade bilden och notera likheterna i deras strukturer och strukturerna för syrorna vi diskuterar.
En annan viktig anledning till skillnaden i kokpunkt är autoprotolys av svavelsyra. Även utan närvaro av vatten kan svavelsyra förlora ett proton som visas i denna ekvation:
$$ \ ce {2H2SO4 < = > H3SO4 + + HSO4 -} $$
Fosforsyra är en svag syra och har inte sådana interaktioner och förlorar bara protoner (i jämvikt) i närvaro av vatten. Autoprotolysen är viktig eftersom svavelsyra genom autoprotolys nu bildar jonjoninteraktioner, vilket är mycket starkare interaktioner än vätebindning.
Därför har svavelsyra starkare intermolekylära krafter och därmed en högre kokpunkt.
Kommentarer
- Ren H3PO4 genomgår också autoprotolys och i ännu större utsträckning än H2SO4. Beteendet hos rena ämnen har lite gemensamt med deras interaktioner med vatten när de är mycket utspädda.
- @Mithoron Så betyder det pKa av $ \ ce {H3PO4} $ i $ \ ce {H3PO4 } $ är högre än pKa på $ \ ce {H2SO4} $ i $ \ ce {H2SO4} $? Jag ' har letat efter en källa för det men har inte ' inte kunnat hitta någon, har du en, av en slump? Jag litar på att det du ' säger är sant, men om det finns en konsoliderad källa för detta, skulle jag ' hitta det praktiskt.
- @DGS books.google.pl/… Det ' s autoprotolys är troligen starkast av alla kända syror, utan snarare på grund av högre basitet inte surhet (blir lättare protonerad).
- vad har molmassan att göra med BP?
- @Howsikan Mass visar sig inte vara den bästa indikatorn för dispersionskrafter eftersom de uteslutande är en elektronisk effekt (tänk på isotoper – om än molmassa tar hand om den frågan). Leta upp en tabell över atomära polariserbarheter, och du kommer att upptäcka att trenden är nere till vänster på PT och återspeglas i atomradien och joniseringsenergin. När det gäller molekyler: effekter från saker som molekylen ' yta måste beaktas: två isomerer av C16H32 kokar vid 513 och 554 K; 9 & 16 C huvudkedjor, respektive. Du kan föreställa dig polariserbarhet som hur ' diskett ' arten är
Svar
Förutom de faktorer som Howsikan nämnde leder min intuition mig till att tro där ”är en parallell med kokpunkterna på $ \ ce {NH3} $ och $ \ ce { H2O} $. Jag tycker att oxos ($ \ ce {O = P} $ och $ \ ce {O = S} $) är bättre acceptorer än hydroxylerna, så syrorna föredrar $ \ ce {OH … O =} $ över $ \ ce {OH … OH} $.$ \ ce {H3PO3} $ har tre oxor till en hydroxyl medan $ \ ce {H2SO4} $ har två av vardera, så $ \ ce {H2SO4} $ kan skapa ett gynnsamt nätverk lättare.