हैमेट एसिडिटी फ़ंक्शन

हैम्मेट एसिडिटी फलन (H₀) एसिडिटी की माप है, जिसका उपयोग सुपर अम्ल सहित कठोर अम्ल के बहुत केंद्रित समाधानों के लिए किया जाता है। यह भौतिक कार्बनिक रसायनज्ञ लुई प्लैक हैमेट द्वारा प्रस्तावित किया गया था और ब्रोंस्टेड-लोरी एसिडिटी के माप को तनु जलीय घोल से हटकर माप का विस्तार करने के लिए उपयोग किया जाने वाला सबसे प्रसिद्ध एसिडिटी फलन है, जिसके लिए पीएच पैमाना उपयोगी है।

अत्यधिक केंद्रित समाधानों में, सरल सन्निकटन जैसे कि हेंडरसन-हासेलबल्च समीकरण अब गतिविधि गुणांकों की विविधताओं के कारण मान्य नहीं हैं। एसिड-उत्प्रेरित प्रतिक्रियाओं के अध्ययन के लिए भौतिक कार्बनिक रसायन जैसे क्षेत्रों में हैमेट एसिडिटी फलन का उपयोग किया जाता है, क्योंकि इनमें से कुछ प्रतिक्रियाएं बहुत उच्च सांद्रता में अम्ल का उपयोग करती हैं, या यहां तक ​​​​कि स्वच्छ (शुद्ध) अम्ल का उपयोग करती हैं।

परिभाषा

हैमेट एसिडिटी फलन, H₀, सान्द्र विलयनों में pH को प्रतिस्थापित कर सकता है। इसे समीकरण का उपयोग करके परिभाषित किया गया है, जो हेंडरसन-हसलबल्च समीकरण के अनुरूप हैं:

$H_{0}={\mbox{p}}K_{{\ce {BH^+}}}+\log {\frac {{\ce {[B]}}}{{\ce {[BH^+]}}}}$

जहाँ log(x) x का सामान्य लघुगणक है, और pK_BH⁺ −log(K) BH⁺ के पृथक्करण के लिए है, जो बहुत ही अशक्त क्षार B का संयुग्मी अम्ल है, जिसका बहुत नकारात्मक मान pK_BH⁺ है। इस तरह, यह ऐसा है जैसे पीएच पैमाने को बहुत नकारात्मक मानों तक बढ़ा दिया गया है। हैमेट ने मूल रूप से क्षारों के लिए इलेक्ट्रॉन-निकासी समूहों के साथ एनिलिन की श्रृंखला का उपयोग किया था।

हैमेट ने भी समतुल्य रूप की ओर संकेत किया

$H_{0}=-\log \left(a_{{\ce {H^+}}}{\frac {\gamma _{{\ce {B}}}}{\gamma _{{\ce {BH^+}}}}}\right)$

जहाँ a गतिविधि है, और γ थर्मोडायनामिक गतिविधि गुणांक हैं। तनु जलीय घोल (pH 0–14) में प्रमुख अम्ल प्रजाति H₃O⁺ है और गतिविधि गुणांक एकता के निकट हैं, इसलिए H₀ लगभग pH के बराबर है। चूँकि, इस पीएच रेंज से हटकर, प्रभावी हाइड्रोजन-आयन गतिविधि एकाग्रता की तुलना में बहुत तीव्रता से परिवर्तित होती है। यह अधिकांशतः अम्लीय प्रजातियों की प्रकृति में परिवर्तन के कारण होता है; उदाहरण के लिए केंद्रित सल्फ्यूरिक अम्ल में, प्रमुख अम्ल प्रजातियां ("H⁺") H₃O⁺ नहीं बल्कि H₃SO₄⁺ है, जो कि अधिक प्रबल अम्ल है। शुद्ध सल्फ्यूरिक अम्ल के लिए मान H₀ = -12 की व्याख्या pH = -12 के रूप में नहीं की जानी चाहिए (जो आदर्श समाधान में 10⁺¹² mol/L की असंभव रूप से उच्च H₃O⁺ सांद्रता का संकेत देगा)। इसके अतिरिक्त इसका अर्थ है कि उपस्थित अम्ल प्रजाति (H₃SO₄⁺) में 10¹² mol/L की काल्पनिक (आदर्श) सांद्रता पर H₃O⁺ के बराबर प्रोटोनेटिंग क्षमता है, जैसा कि इसकी अशक्त क्षारों को प्रोटोनेट करने की क्षमता से मापा जाता है।

चूँकि हैमेट एसिडिटी फलन सबसे अच्छा ज्ञात एसिडिटी फलन है, अन्य एसिडिटी फलन अरनेट, कॉक्स, कैट्रिज़की, येट्स और स्टीवंस जैसे लेखकों द्वारा विकसित किए गए हैं।

विशिष्ट मूल्य

इस पैमाने पर, शुद्ध H₂SO₄ (18.4 M) का H₀ मान -12 है, और पाइरोसल्फ्यूरिक अम्ल का H₀ ~ -15 है। ध्यान दें कि हैमेट एसिडिटी फलन स्पष्ट रूप से अपने समीकरण में जल से बचाता है। यह पीएच पैमाने का सामान्यीकरण है- तनु जलीय घोल में (जहाँ B H₂O है), pH लगभग H₀ के बराबर है। एसिडिटी के विलायक-स्वतंत्र मात्रात्मक माप का उपयोग करके, लेवलिंग प्रभाव के निहितार्थ समाप्त हो जाते हैं, और विभिन्न पदार्थों की एसिडिटी की सीधे तुलना करना संभव हो जाता है (उदाहरण के लिए pK_a का उपयोग करके, HF जल में HCl या H₂SO₄ से अशक्त है लेकिन ग्लेशियल एसिटिक अम्ल में HCl से अधिक कठोर है।)

H₀ कुछ केंद्रित अम्ल के लिए:

• हेलोनियस: -63
• फ्लोरोएंटिमोनिक अम्ल (1990): -23 <H₀ <−28
• मैजिक अम्ल (1974): -23
• कार्बोरेन सुपरएसिड: H₀ <-18.0
• फ्लोरोसल्फ्यूरिक अम्ल (1944): -15.1
• हाइड्रोजिन फ्लोराइड : -15.1
• ट्राइफ्लिक अम्ल (1940): -15.1
• परक्लोरिक अम्ल: -13
• क्लोरोसल्फ्यूरिक एसिड: -13.8; -12.78
• सल्फ्यूरिक एसिड: -12.0

मिश्रण के लिए (उदाहरण के लिए, जल में आंशिक रूप से पतला एसिड), एसिडिटी फलन मिश्रण की संरचना पर निर्भर करता है और अनुभवजन्य रूप से निर्धारित किया जाना है। कई अम्लों के लिए साहित्य में H₀ के विरुद्ध मोल अंश के रेखांकन पाए जा सकते हैं।