El efecto nivelador o nivelación del disolvente se refiere al efecto del disolvente sobre las propiedades de los ácidos y bases. La fuerza de un ácido fuerte está limitada ("nivelada") por la basicidad del disolvente. De manera similar, la fuerza de una base fuerte está nivelada por la acidez del disolvente. Cuando un ácido fuerte se disuelve en agua, reacciona con ella para formar el ion hidronio (H 3 O + ). [2] Un ejemplo de esto sería la siguiente reacción, donde "HA" es el ácido fuerte:
Cualquier ácido que sea más fuerte que H 3 O + reacciona con H 2 O para formar H 3 O + . Por lo tanto, no existe ningún ácido más fuerte que H 3 O + en H 2 O. Por ejemplo, el ácido perclórico acuoso (HClO 4 ), el ácido clorhídrico acuoso (HCl) y el ácido nítrico acuoso (HNO 3 ) están completamente ionizados y son todos ácidos igualmente fuertes. [3]
De manera similar, cuando el disolvente es amoniaco , 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 amida sódica (NaNH 2 ) es una base excepcional (pKa del NH 3 ~ 33), en agua sólo es tan buena como el hidróxido sódico. Por otro lado, el NaNH 2 es un reactivo mucho más básico en amoníaco que el NaOH.
El rango de pH permitido por un solvente particular se denomina ventana de discriminación ácido-base. [1]
Las bases fuertes son disolventes niveladores de los ácidos, mientras que las bases débiles son disolventes diferenciadores de los ácidos. En un disolvente nivelador , muchos ácidos están completamente disociados 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 denomina efecto nivelador. [ cita requerida ]
Por otra parte, en un disolvente diferenciador , los distintos ácidos se disocian en distintos grados y, por tanto, tienen distintas intensidades. 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 sólo parcialmente en el ácido acético anhidro y sus intensidades son desiguales; de hecho, el ácido perclórico es unas 5000 veces más fuerte que el ácido clorhídrico en este disolvente. [3] Un disolvente débilmente básico, como el ácido acético, tiene menos tendencia a aceptar un protón que uno más fuertemente básico, como el agua . Del mismo modo, un disolvente débilmente ácido tiene menos tendencia a donar protones que un ácido fuerte. [ cita requerida ]
Debido al efecto nivelador de los solventes comunes, los estudios sobre superácidos se realizan en solventes más diferenciadores que son muy débilmente básicos como el dióxido de azufre (licuado) y SO 2 ClF. [4]
Sobre la base de la interacción de protones, los disolventes son de cuatro tipos:
(i) Disolventes protófilos: Disolventes que tienen mayor tendencia a aceptar protones, es decir, agua, alcohol, amoniaco líquido, etc.
(ii) Disolventes protogénicos: Disolventes que tienen tendencia a producir protones, es decir, agua, cloruro de hidrógeno líquido, ácido acético glacial, etc.
(iii) Disolventes anfipróticos: Disolventes que actúan tanto como protófilos como protogénicos, por ejemplo, agua, amoníaco, 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 en H 2 O, un ácido más fuerte en NH 3 , un ácido débil en CH 3 COOH, neutro en C 6 H 6 y una base débil en HF.