酸と塩基: K_a、pK_a、および相対強度

酸は水分子をプロトン化して、ヒドロニウムイオンとその共役塩基を形成します。逆反応では、共役塩基はヒドロニウムイオンからプロトンを受け入れます。酸が水中で解離する程度によって、その強度が決まります。

実際には、強酸は水中で完全に解離し、平衡は生成物の側にあるため、それらの溶液には高濃度のヒドロニウムイオンが含まれています。

それに比べて、弱酸は水中で部分的にしか解離しないため、平衡は反応物に有利に働きます。したがって、それらの溶液には、ほとんどが解離していない酸分子が含まれており、ヒドロニウムイオンはわずかです。

弱酸の解離の程度は、平衡定数K_eqを使用して測定できます。

希酸溶液では、水の濃度の変化がごくわずかであるため、その値は基本的に一定のままです。

したがって、酸性度定数K_aと呼ばれる新しい平衡定数が定義されます。この式には、分子内のヒドロニウムイオンの濃度があることに注意してください。

_KAが高いほど、ヒドロニウムイオン濃度が高くなり、酸が強いことを示します。

K_aの値は、さまざまな有機酸で数桁の範囲です。したがって、k_a の負の対数として表される pK_a は、通常、さまざまな酸の強度を示すために使用されます。

式のマイナス記号は、pK_aが高いほどK_aが小さくなり、したがって酸が弱くなることを意味します。したがって、pK_aが4.2の安息香酸は、pK_aが-9の臭化水素酸よりも弱くなります。

さらに、pK_a値は、すべての塩基に共役酸が関連付けられているため、塩基の強度を決定するためにも使用できます。共役酸が強いほど、その塩基は弱くなります。

例えば、メタノールの共役酸のpK_aは−2.5であり、メチルアミンの共役酸のpK_aよりも小さい。

その結果、メタノールの共役酸はメチルアミンの共役酸よりも強く、メタノールはメチルアミンよりも弱い塩基です。