3.14: Nivellierungseffekt

Leveling Effect
JoVE Core
Analytical Chemistry
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JoVE Core Analytical Chemistry
Leveling Effect
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April 04, 2024

Overview

In der Säure-Base-Chemie bezieht sich der Nivellierungseffekt auf die Begrenzung, die das Lösungsmittel auf die Stärke von Säuren und Basen in Lösung ausübt. Wenn eine Base verwendet wird, die stärker ist als die konjugierte Base des Lösungsmittels, wird das Lösungsmittel deprotoniert, bis die Base vollständig verbraucht ist, wodurch es gegen schwächere Säuren unwirksam wird. Umgekehrt protoniert eine Säure, die stärker ist als die konjugierte Säure des Lösungsmittels, das Lösungsmittel, bis die Säure erschöpft ist, wodurch es gegen schwächere Basen unwirksam wird. Im Wesentlichen neutralisiert das Lösungsmittel stärkere Säuren und Basen und verhindert, dass sie wie vorgesehen mit anderen Verbindungen reagieren.

In Wasser (einer wässrigen Lösung) deprotoniert beispielsweise eine starke Base wie das Amidion Wasser, wobei überwiegend Hydroxidionen gebildet werden und nur wenige Amidionen übrig bleiben. Dadurch wird verhindert, dass die Amid-Ionen Verbindungen wie Acetylen, die einen höheren pKa-Gehalt als Wasser haben, effektiv deprotonieren. Wird jedoch ein basischeres Lösungsmittel wie Ammoniak verwendet, können die Amid-Ionen Acetylen erfolgreich deprotonieren und so die gewünschte Reaktion erleichtern.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Säuregehalt des Lösungsmittels die Wirksamkeit starker Basen und seine Basizität die Wirksamkeit starker Säuren einschränkt. Das gewählte Lösungsmittel muss daher die Säure-Base-Reaktion erleichtern, ohne selbst eine signifikante Reaktion zu durchlaufen.

Transcript

Wenn in einer Säure-Base-Reaktion eine Base verwendet wird, die stärker ist als die konjugierte Base des Lösungsmittels, deprotoniert sie das Lösungsmittel, um die konjugierte Base herzustellen. Im Laufe der Zeit wird die Base vollständig verbraucht, so dass sie nicht mehr zur Verfügung steht, um Säuren zu deprotonieren, die schwächer als das Lösungsmittel sind.

Ähnlich, wenn eine Säure verwendet wird, die stärker ist als die konjugierte Säure des Lösungsmittels, protoniert sie das Lösungsmittel, um mehr von der konjugierten Säure zu produzieren. Schließlich ist keine Säure mehr vorhanden, um eine Base zu protonieren, die schwächer als das Lösungsmittel ist.

In beiden Fällen verhindert das Lösungsmittel, dass die stärkere Base oder die stärkere Säure mit der gewünschten Verbindung reagiert. Dies ist die nivellierende Wirkung des Lösungsmittels.

Für eine erfolgreiche Säure-Base-Reaktion muss das gewählte Lösungsmittel die Reaktion erleichtern, ohne zu reagieren.

Betrachten Sie zur Veranschaulichung eine wässrige Lösung von Amidionen. Da ein Amidion stärker und weniger stabil ist als die konjugierte Base des Wassers, deprotoniert es Wasser, was die Bildung von mehr Hydroxidionen begünstigt.

Folglich enthält die Lösung hauptsächlich Hydroxid-Ionen und wenige Amid-Ionen. Aufgrund der nivellierenden Wirkung von Wasser werden die Amidionen verbraucht und stehen für die Deprotonierung einer Verbindung wie Acetylen, die einenpK-Wert hat, der höher ist als der von Wasser, nicht zur Verfügung.

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