평준화 효과

평준화 효과, 수평화 효과, 레벨링 이펙트(leveling effect) 또는 용매 평준화(solvent leveling)는 산과 염기의 특성에 대한 용매의 효과를 말한다. 강산의 세기는 용매의 염기성에 의해 제한("평준화")된다. 마찬가지로 강염기의 세기는 용매의 산도에 의해 평준화된다. 강산이 물에 용해되면 물과 반응하여 하이드로늄 이온 (H3O+)을 형성한다.Zumdahl, S. S. “Chemistry” Heath, 1986: Lexington, MA. ISBN 0-669--04529-2. 다음은 "HA"가 강산인 반응의 예이다:
HA + H2O → A− + H3O+

H3O+보다 강한 모든 산은 H2O와 반응하여 H3O+를 형성한다. 따라서 H3O+보다 강한 산은 H2O에 존재하지 않는다. 예를 들어, 수성 과염소산 (HClO4), 수성 염산 (HCl) 및 수성 질산 (HNO3)은 모두 완전히 이온화되며, 모두 동일하게 강한 산이다.

마찬가지로, 암모니아가 용매일 때 가장 강한 산은 암모늄 이온 (NH4+)이며, 따라서 HCl과 초강산은 동일한 산성화 효과를 발휘한다.

동일한 논리가 염기에도 적용된다. 물에서는 OH−가 가장 강한 염기이다. 따라서 아미드화 나트륨 (NaNH2)이 탁월한 염기임에도 불구하고 (NH3의 pKa ~ 33), 물에서는 수산화 나트륨만큼만 강하다. 반면에 NaNH2는 암모니아에서 NaOH보다 훨씬 더 염기성 시약이다.

특정 용매에 의해 허용되는 pH 범위를 산-염기 식별 범위라고 한다.
평준화 용매와 구별 용매
강염기는 산에 대한 평준화 용매이고, 약염기는 산에 대한 구별 용매이다. 평준화 용매에서는 많은 산이 완전히 해리되어 동일한 세기를 가진다. 모든 산은 양성자에 대한 강염기의 더 큰 친화력 때문에 강염기성 용매에 용해될 때 세기가 구별 불가능해지는 경향이 있다. 이를 평준화 효과라고 한다.

반면에 구별 용매에서는 다양한 산이 다른 정도로 해리되어 다른 세기를 가진다. 예를 들어, 무수 아세트산 (CH3COOH)은 물보다 약한 양성자 수용체이다. 염산 및 과염소산과 같은 강한 수성산은 무수 아세트산에서는 부분적으로만 해리되며 그 세기가 같지 않다. 사실 과염소산은 이 용매에서 염산보다 약 5000배 더 강하다. 아세트산과 같은 약염기성 용매는 물과 같은 강염기성 용매보다 양성자를 수용하는 경향이 적다. 마찬가지로 약산성 용매는 강산보다 양성자를 기증하는 경향이 적다.

일반적인 용매의 평준화 효과 때문에, 초강산에 대한 연구는 액화된 이산화 황 및 SO2ClF와 같이 매우 약염기성인 더 구별적인 용매에서 수행된다.

양성자 상호작용에 따른 용매의 종류
양성자 상호작용에 따라 용매는 네 가지 유형으로 나뉜다.

(i) 양성자 친화성 용매: 양성자를 수용하는 경향이 큰 용매, 즉 물, 알코올, 액체 암모니아 등.

(ii) 양성자 생성성 용매: 양성자를 생성하는 경향이 있는 용매, 즉 물, 액체 염화수소, 빙초산 등.

(iii) 양쪽성 용매: 양성자 친화성 또는 양성자 생성성으로 작용하는 용매, 예를 들어 물, 액체 암모니아, 에틸 알코올 등.

(iv) 비양성자성 용매: 양성자를 주지도 받지도 않는 용매, 예를 들어 벤젠, 사염화탄소, 이황화탄소 등.

HCl은 H2O에서는 강산, NH3에서는 더 강한 산, CH3COOH에서는 약산, C6H6에서는 중성, HF에서는 약염기로 작용한다. NaHSO3는 DMSO에서는 약산, NH3에서는 강산, 빙초산에서는 약염기, 황산에서는 강염기로 작용한다.

 각주 

분류:산염기화학