pKa 化学では、酸解離定数 Ka だけでなく、pH や酸の強度にも関係します。 pKa の定義、Ka および pH との関係、pKa が酸が強いか弱いかを示す方法は次のとおりです。
pKa とは? pKaの定義
pKa は、酸解離定数 Ka の 10 を底とする負の対数です。ある意味では、pKa と Ka はどちらも同じ情報を提供しますが、Ka の値は扱いやすい小さな 10 進数であり、Ka は指数を持ち、科学表記法を使用します。
pKaとKaの関係
pKa と Ka を関連付ける式は次のとおりです。
pKa =-log10 カ
または、Ka を解くこともできます:
カ=10
一般的な酸の pKa 値の表
この表は、一般的な酸のおおよその pKa 値を示しています:
| Acid | 数式 | pKa |
|---|---|---|
| 酢酸 | CH3 COOH | 4.76 |
| フォルミック | HCOOH | 3.75 |
| フッ化水素 | HF | 3.20 |
| リン酸 | H3 PO4 | 2.16 |
| トリフルオロ酢酸 | CF3 COOH | 0.52 |
| 硝酸 | HNO3 | -1.4 |
| 硫黄 | H2 SO4 | -2 |
| 塩酸 | HCl | -7 |
| 過塩素酸 | HClO4 | -10 |
比較すると、水の pKa 値 (H2 O) は 25 ° C で 14.00 です。 (注:一部の文書では、水とメトキシド酸との反応に基づいて、水の pKa として 15.74 を使用しています。)
pKa と酸強度
pKa 値が小さいほど酸が強いことを示します。 pKa 値が大きいほど、酸が弱いことを示します。強酸は実際には負の pKa 値を持っています。弱酸の pKa 値は正です。
たとえば、酢酸の pKa 値は 4.8 ですが、乳酸の pKa 値は 3.8 です。どちらの数値も正なので、酢酸と乳酸の両方が弱酸であることがわかります。しかし、乳酸の pKa は低いため、酢酸よりも強い酸です。
酸解離定数 (K
pKa と pH の関係
pH は、水溶液中の水素イオン濃度の尺度です。 pH 値が低いほど、水素イオン濃度が高くなり、酸が強くなります。
pKa と pH は、酸 ([A-] とその共役塩基 ([HA]) の濃度に基づいて関連しています。この関係は、ヘンダーソン-ハッセルバルヒの式です:
pH =pKa + log10 [あ-]/[は]
pKa は、化学種がプロトンまたは水素イオンを供与または受容する pH 値を予測します。
バッファの選択
酸強度の予測、pKa の計算、および pH の検出に pKa を使用することに加えて、pK はバッファーの選択に役立ちます。 pH と pKa を酸 ([A]) とその共役塩基 ([AH]) の濃度に関連付ける式を使用します。
pH =pK
バッファーは、溶液の pH を維持するのに役立ちます。最適な緩衝能力は、pH と pKa が互いにほぼ同じである場合に発生します。これは、pH が pKa に近い場合、pH を変化させるために大量の酸または塩基を加える必要があるためです。 pH と pKa を等しく設定すると、次の式が得られます:
K
酸の半分が解離すると、pH と pKa は等しくなります。溶液の目標 pH に近い pKa 値を持つものを選択することにより、状況に最適なバッファーを選択します。
参考文献
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