Vsebina
Benzojska kislina, kemične strukture C6H5COOH, je združitev v vodi netopne molekule benzena (z ohlapnim atomom vodika) in skupino karboksilne kisline (-COOH). Ta skupina karboksilne kisline daje benzojski kislini merilo topnosti v vodi. To je povezano z "ionizacijo". Voda se lahko na benzojsko kislino pritrdi z vodikovimi vezmi. Poleg tega se molekule vode lahko stabilizirajo s tvorbo iona "benzoata".
Primarni razlog za majhno topnost
Glavni razlog, da se benzojska kislina le malo raztopi v hladni vodi, je, da čeprav je skupina karboksilne kisline polarna, večina molekule benzojske kisline ni polarna (voda je polarna). Samo karboksilna skupina je. Poleg tega ni notranjih stabilizacijskih struktur, ki bi dajale prednost karboksilatu, -COO (-), vzdolž karboksilata, -COOH.
Vodikova vez
Kadar ni v prisotnosti vode, lahko dve molekuli benzojske kisline tvorita tako imenovani dimer. V tem primeru je molekula vodika, pritrjena na drugo molekulo.
V prisotnosti vode lahko voda kljub nizki ionizaciji veže vodik na benzojsko kislino. Všečkaj to:
C6H5COOH + H2O ---> C6H5COO - H - OH2.
Takšne vrste, vezane na vodik, lahko dosežejo točko ionizacije.
Ionizacija
Poleg vodikove vezi lahko pride do popolne ionizacije, če obstaja kakršen koli povzročitelj, ki to prisili. Osnove lahko prisilijo ionizacijo, toda pri omejeni stopnji vode po reakcijski enačbi pride do ionizacije
C6H5COOH + H2O ---> C6H5COO (-) + H3O (+)
Ionizacija zagotavlja topnost v vodi, saj je voda polarno topilo.
Toplota povečuje topnost
Dodatek toplote poveča topnost, ker del povečane energije dovolj raztegne vodikove vezi takoj, ko pride do ionizacije. Ioni so po definiciji polarni, zato se različni raztopijo, kar kaže na ione, ki se bodo nato raztopili v vodi.
Povečana topnost
Poleg temperaturnih nihanj obstajajo še drugi načini za povečanje ali zmanjšanje topnosti benzojske kisline v vodi. Dodatek močne kisline zmanjša ionizacijo z učinkom "skupnega iona". Povišanje pH poveča ionizacijo benzojske kisline, kar lahko privede do reakcije.