Schwefeltrioxid (SO3) - Hydrophil, doch wo nimmt es Wasser auf?
Hi, meine Frage ist chemischer Natur, und zwargeht es um Schwefel. Ich habe ein SO3 Molekül und weiß, dass SO3 hydrophil (= wasserliebend) ist. Das betrachtete SO3 Molekül ist Bestandteil von Perfluoroctansulfonat (PFOS). Wie kommt es zu dieser hydrophilie? Wo kann denn dass SO3 Molekül noch Wasser annehmen? Ich weiß, dass Schwefel in der M-Schale liegt und somit 18 Valenzelektronen haben kann... Nur wie packe ich ein Wassermolekül an das SO3 Molekül ran?
Danke für alle Antworten im Vorraus! :)
5 Antworten
Wie schon festgestellt verwechselst Du hier einige Dinge.
Perfluoroctansulfonat (PFOS) ist das Anion der entsprechenden Sulfonsäure und hat mit SO3 kaum etwas zu tun.
Sulfonsäuren sind organische Schwefelverbindungen und zwar Kohlenwasserstoffe die mit der Sulfonsäuregruppe substituiert wurden.
Die allgemeine Formel ist R-SO2-OH - die OH-Gruppe kann ein H+ abgeben wirkt also als Säure (generell etwas stärker als Carbonsäuren, weil die S-O Bindung stärker polar ist als die C-O Bindung und es damit dem Proton in der -OH Bindung einfacher gemacht wird sich zu lösen). "R-" steht für einen organischen Rest, hier für den Perfluoroctylrest)
Naturgemäß (aufgrund der polaren Bindungen) sind Sulfonsäuren und die Sulfonsäureanionen recht polar und lösen sich deshalb gut in polaren Lösemitteln, also auch Wasser.
Der organische Rest des PFOSs ist wiederum extrem unpolar und löst sich dementsprechend überhaupt nicht in Wasser.
Solche Verbindungen, mit einem polaren und einem unpolaren Teil) wirken als Tenside (kann man googeln: z.B. https://de.wikipedia.org/wiki/Tenside ).
Der polare Teil "löst" sich im Wasser der unpolare in einem unpolaren Gegenstück (Öl, Fett, unpolare Schmutzpartikel), dadurch werden unpolare Verbindungen praktisch dispergiert und es bilden sich kleine Vesikel mit dem unpolaren Schmutz und dem unpolaren Molekülteil des Tensids in der Mitte und einer Außenhülle aus den polaren Molekülteilen, die sich im Wasser "lösen".
Ich kenne PFOC noch von früher als Bestandteil von Löschschäumen (AFFF) die zur Bekämpfung von Flüssigkeitsbränden eingesetzt wurden. D
Super! Danke für die Aufklärung über meinen falschen Ansatz! Hat mir echt weiter geholfen! Danke dafür :)
MfG ChemicalMan
Du hast natürlich recht was den sowohl hydrophoben als auch lipophoben Perfluoroctylrest angeht. Das war auch der Grund warum das Zeug im AFFF auf brennenden unpolaren Flüssigkeiten einen gasdichten Film erzeugt.
Bei der Acidität würde ich vermuten, dass der mesomere Effekt durch die Stabilisierung des Anions eine deutlichen Anteil an der Acidität hat, aber das der Hauptteil des Unterschieds in der der Protolyse über den -I-Effekt der restlichen Sulfongruppe auf die O-H Bindung ist. Mangels Mathe wäre das aber eher ein Bauchgefühl :)
Klar, der -I-Effekt trägt zur erhöhten Acidität mit bei. Hauptverantwortlicher ist aber definitiv der -M-Effekt. Mesomere Effekte fallen praktisch immer wesentlich stärker ins Gewicht als induktive.
Dazu ein Beispiel.
Der pKs von Ethanol beträgt 15.9, der von 2,2,2-Trichlorethanol 12,24 und der der Trichloressigsäure 0,65.
Vom Ethanol zum Trichlorethanol tut sich nicht so besonders viel, obwohl drei stark elektronegative Substituenten ordentlich Elektronendichte abziehen. Mit der Einführung des Carbonylsauerstoffs steigt die Acidität dann plötzlich um fast ein Billionenfaches an.
Du schmeißt da etwas durcheinander. Schwefeltrioxid und Perfluoroctansulfonat sind zwei völlig verschiedene Verbindungen, die sich deshalb auch völlig unterschiedlich verhalten. Schwefeltrioxid ist hygroskopisch (wasserziehend) und reagiert mit Wasser zu Schwefelsäure. Perfluoroctansulfonat ist in seiner polaren Sulfonatfunktion zum einen hydrophil (wasserliebend), zum anderen in der perfluorierte Kohlenstoffkette stark hydrophob. Das polare Ende kann also Wasser anlagern, zieht es aber nicht an oder reagiert gar damit.
Das Schwefeltrioxid löst sich komplett vom Perfluoroctansulfonat. Dann wird Wasser aufgenommen und es wird Schwefelsäure gebildet. Diese ist so stark wasserziehend, dass man sie als Trockenmittel einsetzen kann.
SO3 + H2O ---> H2SO4
Gruß
Henzy
Ich glaube mich zu entsinnen, die Eigenschaft, Wasser aktiv anzuziehen, nenne man hygroskopisch. Hydrophil bedeutet einfach nur, dass etwas sich in Wasser lösen kann.
Die Sache ist wesentlich komplizierter: SO3 ist nicht "hydrophil": versuchte man bei der Herstellung den SO3-Rauch aus der Luft mittels feinsten Wassertröpfchen rauszuwaschen, scheitert man. Man muss konzentrierte Schwefelsäure nehmen, diese wird zur rauchenden Schwefelsäure und erst die kann man dann wieder mit Wasser verdünnen..
Unter anderem liegt das daran, dass zwar jede einzelne S-O-Bindung polar ist, aber das Molekül insgesamt praktisch unpolar. (da dürften auch die d-Orbitale noch irgendwie mitspielen, aber genaueres weiß ich auch nicht)
Man hat einen ähnlichen Effekt bei SiO2: ist der Wüstensand extrem trocken (wie normal), so perlt ein Regentropfen einfach ab.
zu Perfluoroctansulfonat (ich weiß nicht, ob diese Formel überhaupt stimmt) haben andere schon was gesagt. Jedenfalls ist zB SF6 trotz seines hohen Molekulargewichts so unpolar, dass es als Gas bei -50,5°C schmilzt, aber schon bei -63,8°C sublimiert (CRC Handbook of chem and Phys 55,Ed.),
Wenn PFSO C8F15SF2O ist, dann ist der Schwefel dort praktisch so gut abgeschirmt wie beim SF6. Die freien Elektronenpaare des Sauerstoffs sind induktiv so stark beansprucht, dass sie auch kein H+ anlagern können.
Zwei kleine Anmerkungen, wenn es gestattet ist:
Die im Vergleich zu den Carbonsäuren stärkere Acidität beruht eigentlich eher darauf, dass die nach der Deprotonierung zurückbleibende negative Ladung über alle drei Sauerstoffe delokalisiert und deshalb besonders stabil ist.
Was den unpolaren Rest angeht: Zwar lösen sich unpolare Stoffe gemeinhin in anderen polaren Stoffen. Perfluorierte KW sind da aber ein Sonderfall. Fluoratome lassen sich nur äußerst schlecht polarisieren, weshalb perfluorierte Verbindungen nicht nur stark hydrophob sondern auch lipophob sind. Die Perfluoroctansulfonat-Imprägnierung beruht z.B. auf diesem Effekt.