Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

15.2: 酸/塩基強度及び解離定数
目次

JoVE Core
Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content.

Education
Acid/Base Strengths and Dissociation Constants
 

15.2: 酸/塩基強度及び解離定数

酸や塩基の相対的な強さとは、水に溶解させた際のイオン化の度合いのことです。イオン化反応がほとんど完全に進行する場合、それらは強酸や強塩基と呼ばれます。一方、イオン化がほとんど起こらない場合、それらは弱酸や弱塩基と呼ばれます。弱酸・弱塩基は強酸・強塩基よりも多く存在します。代表的な強酸・強塩基は下記の通りです。

強酸 強塩基
HClO4 LiOH
HCl NaOH
HBr KOH
HI Ca(OH)2
HNO3 Sr(OH)2
H2SO4 Ba(OH)2

酸の相対的な強さは、水溶液中の平衡定数を解析することで定量化できます。同じ濃度の水溶液中では、強酸は弱酸よりもよりイオン化しており、高濃度のヒドロニウムイオンを生成します。酸の平衡定数を酸解離定数Kaといいます。酸HAの反応に対して:  

Eq1

酸解離定数は下記のように表されます。 

Eq2

ここで、濃度は平衡状態のものを指します。水は反応の反応物ですが、溶媒でもあるので、[H2O]は式に含めません。酸のKaが大きいほど、平衡混合物中の非電離酸であるHAの濃度に対して、H3O+とAの濃度が大きくなり、酸が強くなります。酸が完全に電離した場合にはHAの濃度はゼロとなり、酸解離定数は計り知れないほど大きくなる(Ka ≈ ∞)ため、「強酸」と分類されます。部分的に電離している酸は「弱酸」と呼ばれ、その酸解離定数は実験的に測定することができます。

この考えを説明するために、3つの酸のイオン化式とKaの値を以下に示します。解離定数は列挙された式の下側に向かって増加しており、CH3CO2H < HNO2 < HSO4の順に相対的な酸の強さが増加することを示しています。

Eq3-5

酸の強さを表すもう一つの指標は、そのイオン化率です。弱酸のイオン化率は、平衡混合物の組成に基づいて定義されます。 

Eq6

ここで、分子の濃度は酸の共役塩基の濃度に相当する(化学量論的には、[A] = [H3O+])。弱酸性のイオン化率はKa値と異なり、酸の初期濃度に応じて変化し、一般的には濃度が高くなるにつれて減少します。

酸の場合と同様に、塩基の相対的な強さは、水溶液中の塩基解離定数(Kb)の大きさに反映されます。同じ濃度の水溶液では、強塩基は弱塩基よりも大きな割合でイオン化し、水酸化物イオンの濃度が高くなります。強塩基は、弱塩基よりも解離定数が大きいです。塩基Bの反応について: 

Eq7

解離定数は下記のように表されます。 

Eq8

以下に示す3つの弱塩基のイオン化式を見ると、NO2 < CH2 CO2 < NH3の順に塩基強度が増加することがわかります。

Eq9-11

酸と同様に、塩基の相対的な強さはイオン化率に反映されます。イオン化率の計算式は次の通りです。

Eq12

この値は、塩基解離定数や溶液の初期濃度によって変化します。

上記の文章は以下から引用しました。 Openstax, Chemistry 2e, Section 14.3: Relative Strengths of Acids and Bases.

Tags

Acid/Base Strengths Dissociation Constants Strong Acid Strong Base Weak Acid Weak Base Hydrochloric Acid Sodium Hydroxide Acetic Acid Acetate Equilibrium Constant Acid Dissociation Constant (Ka) Concentration Of Products Concentration Of Reactants Water Exclusion Nitrous Acid Kb Base Dissociation Constant

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter