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El efecto de nivelación o nivelación del disolvente se refiere al efecto del disolvente sobre las propiedades de los ácidos y las bases. La fuerza de un ácido fuerte se ve limitada ("nivelada") por la basicidad del disolvente. De manera similar, la fuerza de una base fuerte se nivela por la acidez del disolvente. Cuando un ácido fuerte se disuelve en agua, reacciona con ella para formar el ion hidronio ( H₃O⁺ ). [ 2 ] Un ejemplo de esto sería la siguiente reacción, donde "HA" es el ácido fuerte:
- HA + H 2 O → A − + H 3 O +
Cualquier ácido más fuerte que H₃O⁺ reacciona con H₂O para formar H₃O⁺ . Por lo tanto, en H₂O no existe ningún ácido más fuerte que H₃O⁺ . Por ejemplo , el ácido perclórico acuoso ( HClO₄ ) , el ácido clorhídrico acuoso (HCl) y el ácido nítrico acuoso (HNO₃ ) están completamente ionizados y son ácidos igualmente fuertes. [ 3 ]
De manera similar, cuando el disolvente es amoníaco , el ácido más fuerte es el amonio (NH 4 + ), por lo que el HCl y un superácido ejercen el mismo efecto acidificante.
El mismo argumento se aplica a las bases. En agua, el OH⁻ es la base más fuerte. Por lo tanto, aunque la amiduro de sodio (NaNH₂ ) es una base excepcional (pKa del NH₃ ~ 33), en agua su fuerza es similar a la del hidróxido de sodio. Por otro lado, el NaNH₂ es un reactivo mucho más básico en amoníaco que el NaOH.
El rango de pH permitido por un disolvente en particular se denomina ventana de discriminación ácido-base. [ 1 ]
Nivelación y diferenciación de disolventes
Las bases fuertes actúan como disolventes niveladores para los ácidos, mientras que las bases débiles los diferencian . En un disolvente nivelador , muchos ácidos se disocian completamente y, por lo tanto, tienen la misma fuerza. Todos los ácidos tienden a volverse indistinguibles en fuerza cuando se disuelven en disolventes fuertemente básicos debido a la mayor afinidad de las bases fuertes por los protones. Esto se conoce como efecto nivelador.
Por otro lado, en un disolvente diferenciador , los distintos ácidos se disocian en diferentes grados y, por lo tanto, tienen diferentes fuerzas. Por ejemplo, el ácido acético anhidro (CH₃COOH ) como disolvente es un aceptor de protones más débil que el agua. Los ácidos acuosos fuertes, como el ácido clorhídrico y el ácido perclórico, se disocian solo parcialmente en ácido acético anhidro y sus fuerzas son desiguales; de hecho, el ácido perclórico es aproximadamente 5000 veces más fuerte que el ácido clorhídrico en este disolvente. [ 3 ] Un disolvente débilmente básico como el ácido acético tiene menos tendencia que uno más fuertemente básico como el agua a aceptar un protón . De manera similar, un disolvente débilmente ácido tiene menos tendencia a donar protones que un ácido fuerte.
Debido al efecto nivelador de los disolventes comunes, los estudios sobre superácidos se realizan en disolventes más diferenciadores que son muy débilmente básicos, como el dióxido de azufre (licuado) y el SO₂ClF . [ 4 ]
Tipos de disolventes según la interacción de protones
En función de la interacción de los protones, los disolventes son de cuatro tipos:
(i) Disolventes protofílicos: Disolventes que tienen mayor tendencia a aceptar protones, es decir, agua, alcohol, amoníaco líquido, etc.
(ii) Disolventes protogénicos: Disolventes que tienen la tendencia a producir protones, es decir, agua, cloruro de hidrógeno líquido, ácido acético glacial, etc.
(iii) Disolventes anfipróticos: Disolventes que actúan como protófilos o protógenos, por ejemplo, agua, amoníaco líquido, alcohol etílico, etc.
(iv) Disolventes apróticos : Disolventes que no donan ni aceptan protones, por ejemplo, benceno, tetracloruro de carbono, disulfuro de carbono, etc.
El HCl actúa como un ácido fuerte en H₂O , un ácido aún más fuerte en NH₃ , un ácido débil en CH₃COOH , neutro en C₆H₆ y una base débil en HF. El NaHSO₃ actúa como un ácido débil en DMSO , un ácido fuerte en NH₃ , una base débil en ácido acético glacial y una base fuerte en ácido sulfúrico.
Referencias
- 1 2 Atkins, PW (2010). Química inorgánica de Shriver y Atkins, quinta edición . Oxford University Press. pp. 121. ISBN 978-1-42-921820-7.
- ↑ Zumdahl, SS “Química” Heath, 1986: Lexington, MA. ISBN 0-669--04529-2.
- 1 2 Skoog, Douglas A.; West, Donald M.; Holler, F. James; Crouch, Stanley R. (2014). Fundamentos de química analítica (9.ª ed.). Brooks/Cole. págs. 201–202 . ISBN 978-0-495-55828-6.
- ↑ Olah, GA ; Prakash, GKS; Wang, Q.; Li, X. (2001). "Fluoruro de hidrógeno–Fluoruro de antimonio(V)" . En Paquette, L. (ed.). Enciclopedia de reactivos para síntesis orgánica . Nueva York: J. Wiley & Sons. doi : 10.1002/047084289X.rh037m . ISBN 978-0471936237.
- Química ácido-base