Выравнивающий эффект
Выравнивающий эффект или выравнивание растворителем относится к влиянию растворителя на свойства кислот и оснований. Сила сильной кислоты ограничена («выравнивается») основностью растворителя. Аналогичным образом сила сильного основания выравнивается кислотностью растворителя. Когда сильная кислота растворяется в воде, она вступает с ней в реакцию с образованием гидроксония иона (H 3 O + ). [2] Примером этого может быть следующая реакция, где «HA» — сильная кислота:
- ГА + Н 2 О → А − + Н3О +
Любая кислота сильнее H 3 O + реагирует с H 2 O с образованием H 3 O + . Поэтому никакая кислота сильнее H 3 O + существует в H 2 O. Например, водный раствор хлорной кислоты (HClO 4 ), водный раствор соляной кислоты (HCl) и водный раствор азотной кислоты (HNO 3 ) полностью ионизированы и являются одинаково сильными кислотами. [3]
Аналогично, когда аммиак растворителем является , самой сильной кислотой является аммоний (NH 4 + ), таким образом, HCl и суперкислота оказывают одинаковое подкисляющее действие.
Тот же аргумент применим и к базам. В воде, ОН − это самая сильная база. Таким образом, хотя 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 по отношению к аммиаку, чем NaOH.
Диапазон pH, допускаемый конкретным растворителем, называется окном дискриминации кислотно-основного типа. [1]
Выравнивание и дифференциация растворителей
[ редактировать ]Сильные основания являются выравнивающими растворителями кислот, слабые основания – дифференцирующими растворителями кислот. В выравнивающем растворителе многие кислоты полностью диссоциируют и поэтому имеют одинаковую силу. Все кислоты имеют тенденцию становиться неразличимыми по силе при растворении в сильноосновных растворителях из-за большего сродства сильных оснований к протонам. Это называется эффектом выравнивания. [ нужна ссылка ]
в дифференцирующем растворителе С другой стороны, различные кислоты диссоциируют в разной степени и, следовательно, имеют разную силу. Например, безводная уксусная кислота (СН 3 СООН) в качестве растворителя является более слабым акцептором протонов, чем вода. Сильные водные кислоты, такие как соляная и хлорная кислоты, лишь частично диссоциируют в безводной уксусной кислоте, и их силы неравны; на самом деле хлорная кислота в этом растворителе примерно в 5000 раз сильнее, чем соляная кислота. [3] Слабоосновный растворитель, такой как уксусная кислота, имеет меньшую склонность к принятию протона , чем более сильноосновный растворитель, такой как вода . Точно так же слабокислотный растворитель имеет меньшую склонность отдавать протоны, чем сильная кислота. [ нужна ссылка ]
Из-за выравнивающего эффекта обычных растворителей исследования суперкислот проводятся в более дифференцирующих растворителях, которые являются очень слабоосновными, таких как диоксид серы (сжиженный) и SO 2 ClF. [4]
Виды растворителей на основе взаимодействия протонов
[ редактировать ]По принципу взаимодействия протонов растворители делятся на четыре типа:
(i) Протофильные растворители: растворители, которые имеют большую склонность принимать протоны, например, вода, спирт, жидкий аммиак и т. д.
(ii) Протогенные растворители: растворители, которые имеют тенденцию производить протоны, например, вода, жидкий хлористый водород, ледяная уксусная кислота и т. д.
(iii) Амфипротонные растворители: растворители, действующие как протофильные, так и протогенные, например вода, аммиак, этиловый спирт и т. д.
(iv) Апротонные 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 сильная кислота в NH 3 , слабая кислота в CH 3 COOH, нейтральная в C 6 H 6 и слабое основание в HF.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Аткинс, PW (2010). Неорганическая химия Шрайвера и Аткинса, пятое издание . Издательство Оксфордского университета. стр. 121 . ISBN 978-1-42-921820-7 .
- ^ Зумдал, СС «Химия» Хит, 1986: Лексингтон, Массачусетс. ISBN 0-669-04529-2.
- ^ Jump up to: а б Скуг, Дуглас А.; Уэст, Дональд М.; Холлер, Ф. Джеймс; Крауч, Стэнли Р. (2014). Основы аналитической химии (9-е изд.). Брукс/Коул. стр. 201–202. ISBN 978-0-495-55828-6 .
- ^ Ола, Джорджия ; Пракаш, ГКС; Ван, К.; Ли, X. (2001). «Фторид водорода – фторид сурьмы (V)» . В Пакетте, Л. (ред.). Энциклопедия реагентов для органического синтеза . Нью-Йорк: Дж. Уайли и сыновья. doi : 10.1002/047084289X.rh037m . ISBN 978-0471936237 .