拉平效应
拉平效应,亦称为校平效应(leveling effect),是指在特定溶剂中,不同强度的酸或碱显示同等强度的现象。例如,在水溶液中,所有比水合氢(H₃O⁺)酸度高的酸都会降至水合氢的酸度;同理,所有碱性比氢氧根(OH¯)高的碱都会降至氢氧根离子的碱度。这种效应揭示了溶剂对酸碱性质的显著影响。
简介
例如,盐酸、硝酸和高氯酸在乙酸中酸强度是不同的(即酸性不同),但以水为溶剂时,则难于区分他们的酸强度(可认为他们都是强酸,酸性一样)。这是由于水对质子有较大的亲和力,从而掩盖了这些酸给出质子能力的差异,而把这些酸不同的强度拉平了。同样,当二甲胺和苯胺溶于甲酸中,由于甲酸具有较强的给出质子的能力,因此也把这两种碱的强度拉平了。研究拉平效应,有助于认识溶剂对酸碱强度的影响,在化学研究上有一定的意义。
根据酸碱质子理论,一种物质在某种溶液中表现出的酸或碱的强度,不仅与酸碱的本质有关,也与溶剂的性质的有关。如在水中是一种强酸,趋近于完全离解,但在乙酸中却不能完全离解。
水并不是唯一的溶剂,若用S代表任一溶剂,酸HB在其中的离解平衡为
实验证明, 、、和的酸强度是有差别的,其强度顺序为,可在水溶液中看不到它们的强度差别。
这是因为强酸在水溶液中给出质子的能力都很强,水的碱性已足够接受这些酸给出的质子,只要这些酸的浓度不是太大,则它们将定量地与水作用,全部转化为,即
等
即它们的酸的强度全部被拉平到的水平,这种将不同强度的酸拉平到溶剂化质子(这里是水化质子)水平的效应,称为拉平效应。具有拉平效应的溶剂称为拉平溶剂。在这里水是、 、和的拉平溶剂。
应用实例
又如在水溶液中, 和的强度不同,但在液氨中二者的强度差异消失,即被液氨拉平到的强度水平。因此液氨是 和 的拉平溶剂。
在水溶液中和是两种强度显著不同的酸,
但在液氨中被拉平到同样的酸性强度。
这种将不同强度的酸拉平到溶剂化质子(如氨合质子)水平的效应称为拉平效应。
水的特殊性
水的拉平效应特别显著,这是由于它具有高介电常数和强烈的接收质子倾向。水作为一种二性溶液,既能接受也能产生质子,这使得它在酸碱反应中扮演了重要的角色。