Эффект выравнивания

Окна кислотно-щелочной дискриминации обычных растворителей

Эффект выравнивания или выравнивание растворителя относится к влиянию растворителя на свойства кислот и оснований. Сила сильной кислоты ограничена («нивелирована») основностью растворителя. Аналогичным образом сила сильного основания нивелируется кислотностью растворителя. Когда сильная кислота растворяется в воде, она реагирует с ней с образованием гидроксония иона (H3O). Примером этого может быть следующая реакция, где «HA» - сильная кислота:

HA + H 2 O → A + H 3O

Любая кислота, которая сильнее, чем H 3 O реагирует с H 2 O с образованием H 3 O. Следовательно, в H 31 2 72 O не существует кислоты, более сильной, чем H 31 3 72 O. Например, водная хлорная кислота (HClO 4), водная соляная кислота (HCl) и водная азотная кислота (HNO 3) полностью ионизированы и являются одинаково сильными кислотами.

Аналогично, когда аммиак является растворителем, самой сильной кислотой является аммоний (NH 4), таким образом, HCl и суперкислота обладают одинаковым подкисляющим действием.

Тот же аргумент применим к базам. В воде ОН - самое сильное основание. Таким образом, даже если амид натрия (NaNH 2) является исключительным основанием (pK a NH 3 ~ 33), в воде он так же хорош, как гидроксид натрия. С другой стороны, NaNH 2 является гораздо более основным реагентом для аммиака, чем NaOH.

Диапазон pH, допустимый для конкретного растворителя, называется окном кислотно-щелочной дискриминации.

Сильные основания - выравнивающие растворители для кислот, слабые основания - дифференцирующие растворители для кислот. В выравнивающем растворителе многие кислоты полностью диссоциируют и, таким образом, имеют одинаковую силу. Все кислоты, как правило, становятся неразличимыми по силе при растворении в сильно основных растворителях из-за большего сродства сильных оснований к протонам. Это называется эффектом выравнивания.

С другой стороны, в дифференцирующем растворителе различные кислоты диссоциируют в разной степени и, следовательно, имеют разную силу. Например, безводная уксусная кислота (CH 3 COOH) в качестве растворителя является более слабым акцептором протонов, чем вода. Сильные водные кислоты, такие как соляная кислота и хлорная кислота, лишь частично диссоциируют в безводной уксусной кислоте, и их силы не равны; фактически хлорная кислота примерно в 5000 раз сильнее соляной кислоты в этом растворителе. Слабоосновный растворитель, такой как уксусная кислота, имеет меньшую тенденцию, чем более сильно основной, такой как вода, принимать протон . Точно так же слабокислый растворитель имеет меньшую тенденцию отдавать протоны, чем сильная кислота.

Из-за выравнивающего действия обычных растворителей исследования суперкислот проводятся в более дифференцированных растворителях, которые являются очень слабощелочными, такими как диоксид серы (сжиженный) и SO 2 ClF.

На основе протонного взаимодействия растворители бывают четырех типов,

(i) Протофильные растворители: Растворители, которые имеют большую склонность к акцепту протонов, например воду, спирт, жидкий аммиак и т. Д.

(ii) Протогенные растворители: растворители, которые имеют тенденцию к образованию протонов, т.е. вода, жидкий хлористый водород, ледяной уксусная кислота и др.

(iii) Амфипротонные растворители: растворители, которые действуют как протофильные, так и протогенные, например вода, аммиак, этиловый спирт и т.д.

(iv) Апротонный растворители : растворители, которые не отдают и не принимают протоны, например бензол, четыреххлористый углерод, дисульфид углерода и т. д.

HCl действует как кислота в H 2 O, более сильной кислоте. в NH 3, слабая кислота в CH 3 COOH, нейтральный в C 6H6и слабое основание в HF.

1. ^ Аткинс, П.В. (2010). Неорганическая химия Шрайвера и Аткинса, пятое издание. Издательство Оксфордского университета. С. 121. ISBN 978-1-42-921820-7.
2. ^Zumdahl, S. S. «Chemistry» Heath, 1986: Lexington, MA. ISBN 0-669-04529-2.
3. ^ Скуг, Дуглас А.; West, Donald M.; Холлер, Ф. Джеймс; Крауч, Стэнли Р. (2014). Основы аналитической химии (9-е изд.). Брукс / Коул. С. 201–202. ISBN 978-0-495-55828-6.
4. ^Олах, Г.А. ; Пракаш, Г. К. С.; Wang, Q.; Ли, X. (2001). "Фтористый водород-фторид сурьмы (V)". В пакете, Л. (ред.). Фтористый водород – фторид сурьмы (V). Энциклопедия реагентов для органического синтеза. Нью-Йорк: J. Wiley Sons. doi : 10.1002 / 047084289X.rh037m. ISBN 978-0471936237.