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 иона гидроксония (H 3 O + ). [2] Примером может служить следующая реакция, где «HA» — сильная кислота:
Любая кислота сильнее H 3 O + реагирует с H 2 O с образованием H 3 O + . Следовательно, в H 2 O не существует кислоты сильнее, чем H 3 O + . Например, водный раствор хлорной кислоты (HClO 4 ), водный раствор соляной кислоты (HCl) и водный раствор азотной кислоты (HNO 3 ) полностью ионизированы и одинаково активны. сильные кислоты. [3]
Аналогично, когда растворителем является аммиак , 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 OH − является самым сильным основанием. 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]
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 цитата ]
С другой стороны, в дифференцирующем растворителе 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 кислота и хлорная кислота, 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, такой как вода . Точно так же слабокислотный растворитель имеет меньшую склонность отдавать протоны, чем сильная кислота. [ нужна цитата ]
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]
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.