5.6 : Düzeyleme Etkisi ve Sulu Olmayan Asit-Baz Çözeltileri

Bu ders asidik ve bazik çözeltilerdeki düzeyleme etkisini ve bunun sulu ve sulu olmayan çözeltilerdeki rolünü tanımlar. Bir kimyasal sistemdeki çeşitli türlerin rekabet halindeki doğasını anlamak önemlidir.

Bir Çözücünün Düzeyleme Etkisi

Bir jenerik asit (HA), jenerik baz (B^-) ile reaksiyona girerek ilgili konjuge bazı (A^-) ve konjuge asidi (HB) verir:

Figure 1: Genel bir asit-baz reaksiyonu

Bununla birlikte, reaksiyonun bir çözücü (HX) içinde gerçekleşmesi durumunda, karşılık gelen konjuge asit veya bazın kuvvetine bağlı olarak çözücü de reaksiyona katılabilir. Bu, iki duruma yol açar.

Birinci tür için, bir reaksiyondaki genel asidin (HA) çözücüden (HX) daha zayıf bir asit olduğunu varsayalım. Böyle bir durumda B^-, çözücünün konjuge bazını (X-) üretmek için çözücüyü protondan arındırır, bu da B-'nin tamamen tüketilmesine ve reaktan (HA) ile etkileşime girmesine izin verilmemesine yol açar:

Figure 2: Bir çözücünün eşdeğer bir baz üzerindeki düzeyleme etkisini gösteren bir reaksiyon

Bu olguya bazın bir çözücü tarafından düzeyleme etkisi denir.

Alternatif olarak, bir reaksiyondaki genel bazın (B-) çözücüden (HX) daha zayıf bir baz olduğunu varsayalım. Böyle bir durumda HA, çözücünün konjuge bazını (H2X) üretmek için çözücüyü protonlayacaktır, bu da HA'nın tamamen tüketilmesine ve reaktant (B-) ile etkileşime girememesine yol açacaktır:

Figure 3: Bir çözücünün genel bir asit üzerindeki düzeyleme etkisini gösteren bir reaksiyon

Bu olguya asidin bir çözücü tarafından düzeyleme etkisi denir.

Suyun Kuvvetli Bir Baz Üzerindeki Düzeyleme Etkisi

Çözücünün kuvvetli bazlar üzerindeki düzeyleme etkisini görselleştirmek için, sodyum amid ile reaksiyona giren sulu bir asetilen çözeltisini düşünün. Bu örnekte asetilen (pK_a=25) çözücü olan sudan (pK_a=15.7) daha zayıf bir asittir; asitlik ile pK_a değeri arasındaki ters ilişkiden de anlaşılmaktadır. Bu nedenle, Şekil 4'te gösterildiği gibi, amid iyonu asetilen yerine suyu protondan arındırır, bu da suyun güçlü bazlar üzerindeki düzeyleme etkisini gösterir.

Figure 4: Asetilen, sodyum amid ve su arasındaki reaksiyondaki düzeyleme etkisinin örneği

Bu reaksiyonda hidroksit iyonları daha kararlı olduğundan denge, çözeltideki amid iyonlarının yerini alan hidroksit iyonlarının oluşumunu destekler. Bununla birlikte, hidroksit iyonları asetileni protondan arındıracak ve onu çözücü içinde bozulmadan bırakacak kadar bazik değildir. Bu nedenle, amid kullanarak asetilenin protonunu gidermek için çözücü seçimi önemli bir rol oynar. Asetilenin pK_a'sından (25) daha büyük olan pK_a'sı 38 olan amonyak gibi bir solventin kullanılması gerekir. Bu, çözücünün protondan arındırılmamasını sağlamak için asetileni daha güçlü asit haline getirir.

Suyun Kuvvetli Asit Üzerindeki Düzeyleme Etkisi

Benzer şekilde, çözücünün kuvvetli asitler üzerindeki düzeyleme etkisini anlamak için, morfolin ile etkileşime giren sulu bir perklorik asit çözeltisini düşünün. Bu örnekte morfolin (pK_a=8.36), baziklik ile pK_a değeri arasındaki doğrudan ilişkiden de anlaşılacağı gibi, su olan çözücüden (pK_a=15.7) daha zayıf bir bazdır. Bu nedenle, Şekil 5'te gösterildiği gibi perklorik asit, morfolin yerine suyu protonlayarak suyun güçlü asitler üzerindeki düzeyleme etkisini gösterir.

Figure 5: Perklorik asit, morfolin ve su arasındaki reaksiyondaki düzeyleme etkisinin örneği

Bu reaksiyonda hidronyum iyonları daha kararlı olduğundan denge, çözeltideki perklorat iyonlarının yerini alan hidronyum iyonlarının oluşumunu destekler. Bununla birlikte, hidronyum iyonları morfolin'i protonlayacak kadar asidik değildir ve onu çözücü içinde bozulmadan bırakır. Bu nedenle, perklorik asit kullanarak morfolin'i protonlamak için çözücü seçimi önemli bir rol oynar. Morfolinin pK_a'sından (8.36) daha düşük pK_a'sı 4.2 olan benzoik asit gibi bir çözücünün kullanılması gerekir. Bu, çözücünün protonlanmamasını sağlamak için morfolin'i daha güçlü bir baz haline getirir.

Özetle, çözücünün seçimi temel koşulları karşılamalıdır; diğer reaktant ile etkileşime girmeden önce daha güçlü baz tarafından protonu giderilmemeli veya daha güçlü asit tarafından protonlanmamalıdır. Tipik olarak su, çoğu reaksiyonda kullanılan çözücüdür ve güçlü asitler ve bazlar üzerinde düzeyleme etkisini sağlar. Bu nedenle H₃O⁺'dan daha güçlü asitlerin ve OH^-'den daha güçlü bazların kullanıldığı reaksiyonlar suda kullanılamaz.