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¿Por qué el punto de ebullición del ácido sulfúrico es mucho más alto que el del ácido fosfórico?

¿Por qué el punto de ebullición del ácido sulfúrico es mucho más alto que el del ácido fosfórico?

Según el libro de datos ,

- El punto de ebullición del ácido sulfúrico es de 337 °C (639 °F; 610 K) Cuando el ácido sulfúrico está por encima de los 300 °C (572 °F), se descompone lentamente

- El punto de ebullición del ácido fosfórico es de 158 °C (316 °F; 431 K) Cuando el ácido fosfórico está por encima de los 213 °C (415 °F; 486 K), se descompone lentamente

Sin embargo, el ácido sulfúrico sólo puede formar 2 enlaces de hidrógeno por molécula, pero el ácido fosfórico puede formar 3 enlaces de hidrógeno por molécula. Aunque ambos son ácidos fuertes que pueden sufrir una ionización completa, ¿qué otros factores que he ignorado pueden llevar a que el punto de ebullición del ácido sulfúrico sea mucho más alto que el del ácido fosfórico?

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Maglob Puntos 1271

El ácido fosfórico no es un ácido fuerte y no sufre una desprotonización completa.

Ambos ácidos tienen una masa molar similar de unos 98 gramos por mol.

Otra propiedad que debe considerarse es la formación de un momento dipolar neto en la molécula. Con la estructura 3D del ácido fosfórico unida, cada uno de los tres átomos de oxígeno del $\ce{-OH}$ tiran con igual fuerza, anulándose mutuamente, dejando un momento dipolar neto hacia arriba procedente del oxígeno de doble enlace.

Sin embargo, en el caso del ácido sulfúrico, los dos grupos de enlace de hidrógeno tiran relativamente en la misma dirección, mientras que los átomos de oxígeno de doble enlace tiran en la dirección opuesta, formando un dipolo neto más fuerte.

Esto es análogo a las propiedades dipolares netas de los metanos clorados. Vea la imagen adjunta y observe las similitudes en sus estructuras y las estructuras de los ácidos que estamos discutiendo.

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Otra razón clave para la diferencia en el punto de ebullición es la autoprotolisis del ácido sulfúrico. Incluso sin la presencia de agua, el ácido sulfúrico puede perder un protón como se muestra en esta ecuación:

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

El ácido fosfórico es un ácido débil y no tiene esas interacciones y sólo pierde protones (en equilibrio) en presencia de agua. La autoprotolisis es importante porque a través de la autoprotolisis, el ácido sulfúrico ahora forma interacciones ion-ion, que son interacciones mucho más fuertes que el enlace de hidrógeno.

Por lo tanto, como combinación de un momento dipolar ligeramente más fuerte y más debido a la autoprotolisis, el ácido sulfúrico tiene fuerzas intermoleculares más fuertes, y por lo tanto un punto de ebullición más alto.

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El H3PO4 puro también sufre autoprotolisis y en mayor medida que el H2SO4. El comportamiento de las sustancias puras tiene poco en común con sus interacciones con el agua, cuando están muy diluidas.

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@Mithoron Entonces, ¿significa esto que el pKa de $\ce{H3PO4}$ en $\ce{H3PO4}$ es mayor que el pKa de $\ce{H2SO4}$ en $\ce{H2SO4}$ ? He buscado una fuente para eso pero no he podido encontrar ninguna, ¿tienes alguna por casualidad? Confío en que lo que dices es cierto, pero si hay una fuente consolidada para esto, me vendría bien.

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@DGS books.google.pl/ Su autoprotolisis es probablemente la más fuerte de todos los ácidos conocidos, pero más bien por su mayor basicidad, no por su acidez (se protoniza más fácilmente).

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fryguybob Puntos 2886

Además de los factores mencionados por Howsikan, mi intuición me lleva a creer que existe un paralelismo con los puntos de ebullición de $\ce{NH3}$ y $\ce{H2O}$ . Creo que los oxos ( $\ce{O=P}$ y $\ce{O=S}$ ) son mejores aceptantes que los hidroxilos, por lo que los ácidos preferirían $\ce{OH...O=}$ en $\ce{OH...OH}$ . $\ce{H3PO3}$ tiene tres oxos por un hidroxilo mientras que $\ce{H2SO4}$ tiene dos de cada, así que $\ce{H2SO4}$ puede crear una red favorable más fácilmente.

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