5.6 : Leveling Effect ותמיסות חומצה-בסיס שאינן מימיות

שיעור זה מגדיר את הLeveling Effect בתמיסות חומציות ובסיסיות ואת תפקידו בתמיסות מימיות ולא מימיות. חיוני להבין את הטבע המתחרה של צורונים שונים במערכת כימית.

Leveling Effect של ממס

חומצה גנרית (HA) מגיבה עם הבסיס הגנרי (B ^- ) כדי להניב את הבסיס המצומד (A ^- ) ואת החומצה המצומדת (HB):

איור 1: תגובה גנרית של חומצה-בסיס

עם זאת, אם התגובה מתרחשת בממס (HX), הממס יכול גם להשתתף בתגובה, בהתאם לחוזק החומצה המצומדת או הבסיס שלו. זה מוביל לשני מצבים.

עבור הסוג הראשון, נניח שהחומצה הגנרית (HA) בתגובה היא חומצה חלשה יותר מהממס (HX). במקרה כזה, B ^- יבטל פרוטונים של הממס כדי לייצר את הבסיס המצומד של הממס (X-), מה שיוביל לכך ש-B- נצרך לחלוטין ואינו זמין לאינטראקציה עם המגיב (HA):

איור 2: תגובה המתארת ​​את הLeveling Effect של ממס על בסיס גנרי

תופעה זו מכונה השפעת הפילוס של הבסיס על ידי ממס.

לחלופין, נניח שהבסיס הגנרי (B-) בתגובה הוא בסיס חלש יותר מהממס (HX). במקרה כזה, HA יבצע פרוטונציה של הממס כדי לייצר את הבסיס המצומד של הממס (H2X), מה שיוביל לכך ש-HA נצרך לחלוטין ואינו זמין לאינטראקציה עם המגיב (B-):

איור 3: תגובה המתארת ​​את הLeveling Effect של ממס על חומצה גנרית

תופעה זו מכונה הLeveling Effect של החומצה על ידי ממס.

Leveling Effect של מים על בסיס חזק

כדי לדמיין את הLeveling Effect של ממס על בסיסים חזקים, חשבו על תמיסה מימית של אצטילן המגיבה עם נתרן אמיד. בדוגמה זו, אצטילן (p K _a =25) היא חומצה חלשה יותר מהממס, מים (p K _a =15.7), כפי שעולה מהקשר ההפוך בין חומציות לערך p K _a . לכן, כפי שצוין באיור 4, יון האמיד משחרר פרוטונים של המים במקום אצטילן, מה שמדגים את הLeveling Effect של מים על בסיסים חזקים.

איור 4: דוגמה לLeveling Effect בתגובה בין אצטילן, נתרן אמיד ומים

מכיוון שיוני ההידרוקסיד יציבים יותר בתגובה זו, שיווי המשקל מעדיף את היווצרות יוני ההידרוקסיד שמחליפים את יוני האמיד בתמיסה. עם זאת, יוני ההידרוקסיד אינם בסיסיים מספיק כדי לבצע דה-פרוטוניזציה לאצטילן, ומשאירים אותו בממס שלם. לכן, כדי לבטל פרוטונים של אצטילן באמצעות אמיד, בחירת הממס משחקת תפקיד מפתח. יש צורך להשתמש בממס כמו אמוניה עם pK _a של 38 שגדול מה-p K _a של אצטילן (25). זה הופך את האצטילן לחומצה החזקה יותר כדי להבטיח שהממס לא יעבור דה=פרוטוניזציה.

Leveling Effect של מים על חומצה חזקה

באופן דומה, כדי להבין את הLeveling Effect של ממס על חומצות חזקות, חשבו על תמיסה מימית של חומצה פרכלורית באינטראקציה עם מורפולין. בדוגמה זו, מורפולין (p K _a =8.36) הוא בסיס חלש יותר מהממס שהוא מים (p K _a =15.7), כפי שעולה מהקשר הישיר בין בסיסיות לערך p K _a . לכן, כפי שמצוין באיור 5, החומצה הפרכלורית מפרגנת את המים במקום מורפולין, מה שמדגים את הLeveling Effect של מים על חומצות חזקות.

איור 5: דוגמה לLeveling Effect בתגובה בין חומצה פרכלורית, מורפולין ומים

מכיוון שיוני ההידרוניום יציבים יותר בתגובה זו, שיווי המשקל מעדיף את היווצרותם של יוני ההידרוניום שמחליפים את יוני הפרכלוראט של התמיסה. עם זאת, יוני ההידרוניום אינם חומציים מספיק כדי לבצע פרוטוניזציה למורפולין, ומשאירים אותו בממס שלם. לכן, כדי לבצע פרוטוניזציה למורפולין באמצעות חומצה פרכלורית, בחירת הממס משחקת תפקיד מפתח. יש צורך להשתמש בממס כמו חומצה בנזואית עם p K _a של 4.2 הנמוך מה-p K _a של מורפולין (8.36). זה הופך את המורפולין לבסיס החזק יותר כדי להבטיח שהממס אינו עובר פרוטוניזציה.

לסיכום, הבחירה בממס חייבת לעמוד בתנאי מפתח - הוא לא יכול לעבור דה-פרוטוניזציה על ידי הבסיס החזק יותר או פרוטונציה על ידי החומצה החזקה יותר לפני אינטראקציה עם המגיב האחר. בדרך כלל, מים הם הממס המשמש ברוב התגובות, מה שמפעיל Leveling Effect על חומצות ובסיסים חזקים. לפיכך, תגובות המשתמשות בחומצות חזקות מH ₃ O ⁺ ובסיסים חזקים מ-OH ^- לא יכולות לשמש במים.