在酸碱反应中,溶剂起两种作用:一是与离子和分子的普通静电反应(溶剂化),一是作为一种酸或破的特殊反应。酸或碱在溶液中的反应,分两步进行:先是形成“离子对”,随后生成自由离子。例如:
酸: HA+SH ⇌ SH2+,A- ⇌ SH2++A-
碱: SH +B ⇌ BH+, S- ⇌ BH++S-
常常是,自由离子(例如SH2+和A-)的浓度具有主要的意义。在高介电常数的溶剂中,大多数1:1的电解质的反应平衡远远趋向右方;在低介电常数的溶剂中则否。
在不同的溶剂中,酸对的相对强度可能和在水中不同,它们均依赖于溶剂的碱度和介电常数。
表2-7 水和一些非水溶剂的介电常数值
液体 | 介电常数 |
水 | 78.3 |
酒精 | 25 |
甲醇 | 32.6 |
醋酸 | 6.1 |
冰醋酸 | 21.3 |
醋酐 | 20.7 |
苯 | 2.3 |
甲苯 | 2.38 |
二氧化碳 | 2.6 |
氯仿 | 4.8 |
液态氨 | 16 |
醋酸乙酯 | 6.02 |
正己烷 | 1.91 |
乙氰 | 36.0 |
吡啶 | 12.3 |
乙二胺 | 12.9 |
硝基甲烷 | 35.8 |
乙二醇 | 37.7 |
乙二醇碳酸酯 | 81 |
二烷 | 2.21 |
介电常数能够表明溶剂溶解离子化合物的能力。介电常数越大,则溶剂效力越大。
表2-8 在冰醋酸中的总离解常数(25°C)
碱 | pK | 碱 | pK | 酸 | pK | 盐 | pK |
三苄胺 吡啶 氨 KAc |
5.4 6.10 6.32 6.40 6.14 |
LiAc 2,5二氯苯胺 尿素 |
6.79 9.48 10.24 12.53 |
HClO4 H2SO4 对甲苯磺酸 HCl |
4.87 7.24 8.44 8.55 |
NaClO4 KCl 盐酸尿素 LiCl |
5.48 6.88 6.96 7.08 |
表2-9 酒精-水的混合物中酸的离解常数(25°C)
酒精 pK值 酸 |
酒精的重量百分分数 | |||||||
10 | 20 | 35 | 50 | 65 | 80 | 95 | 100 | |
醋酸 铵离子 |
5.13 9.00 4.42 4.77 3.26 10.26 4.02 3.23 10.47 |
5.43 8.78 4.16 5.24 3.57 9.95 4.24 3.62 10.20 |
5.84 8.57 3.92 5.76 3.9 9.61 4.60 3.99 9.87 |
6.29 8.45 3.80 6.19 4.41 9.36 5.01 4.46 9.71 |
6.87 … 3.75 6.79 4.98 … 5.64 5.03 … |
… … 4.19 … … … … 8.68 … |
10.32 … 5.70 10.25 … … 9.15 … … |
溶剂的酸性或碱性强度对一种溶液显酸性或碱性起重要作用。例如一种溶质在冰醋酸中就比在乙二胺中更易作为一个碱(质子的接受者)。而醋酸当硫酸作为溶剂时却显碱性,它接受一个质子生成H2OAc+。
由于溶剂碱度的不同,同一物质可能产生不同的酸一碱对。例如水的共轭对:作为一种碱是H3O+/H2O,而作为一种酸是H2O/OH-。水可认为是一种两性溶剂。乙腈也是一种两性溶剂,但是它的酸性和碱性都比水弱。