Obsah
Kyselina benzoová, s chemickou strukturou C6H5COOH, je spojení molekuly benzenu nerozpustného ve vodě (s volným atomem vodíku), se skupinou karboxylové kyseliny (-COOH). Je to tato skupina karboxylové kyseliny, která dává kyselině benzoové míru rozpustnosti ve vodě. To má co do činění s „ionizací“. Voda může být připojena k kyselině benzoové vodíkovými vazbami. Molekuly vody se navíc mohou stabilizovat tvorbou „benzoátového“ iontu.
Primární důvod nízké rozpustnosti
Hlavním důvodem, proč se kyselina benzoová ve studené vodě rozpouští jen málo, je to, že i když je skupina karboxylové kyseliny polární, většina molekuly kyseliny benzoové není polární (voda je polární). Pouze karboxylová skupina je. Kromě toho neexistují žádné vnitřní stabilizační struktury, které by upřednostňovaly karboxylát, -COO (-), podél karboxylátu, -COOH.
Vodíková vazba
Pokud nejsou v přítomnosti vody, mohou dvě molekuly kyseliny benzoové tvořit takzvaný dimer. V tomto příkladu je molekula vodíku připojena k druhé molekule.
V přítomnosti vody, i když za nízké ionizace, může voda vázat vodík na kyselinu benzoovou. Takhle:
C6H5COOH + H2O ---> C6H5COO-H-OH2.
Takové vodíkově vázané druhy mohou dosáhnout bodu ionizace.
Ionizace
Kromě vodíkových vazeb může nastat úplná ionizace, pokud existuje nějaká příčinná látka, která by to přinutila. Báze mohou vynutit ionizaci, ale při omezeném stupni vody produkuje ionizaci podle reakční rovnice
C6H5COOH + H2O ---> C6H5COO (-) + H3O (+)
Ionizace zaručuje rozpustnost ve vodě, protože voda je polární rozpouštědlo.
Teplo zvyšuje rozpustnost
Přidání tepla zvyšuje rozpustnost, protože část zvýšené energie dostatečně roztahuje vodíkové vazby, jakmile dojde k ionizaci. Ionty jsou ze své podstaty polární, takže se různé rozpouštějí, což naznačuje ionty, které se pak rozpustí ve vodě.
Zvýšená rozpustnost
Kromě teplotních výkyvů existují další způsoby, jak zvýšit nebo snížit rozpustnost kyseliny benzoové ve vodě. Přidání silné kyseliny snižuje ionizaci účinkem „společného iontu“. Zvýšení pH zvyšuje ionizaci kyseliny benzoové, což pravděpodobně vede k reakci.