酸解離定数

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酸解離定数（さんかいりていすう）は、酸の強さを定量的に表すための指標のひとつ。酸性度定数ともいう。酸から水素イオンが放出される解離反応を考え、その平衡定数 K_a またはその負の常用対数 pK_a によって表す。K_a が大きいほど、または pK_a が小さいほど強い酸であることを示す。

同様に、塩基に対しては塩基解離定数 pK_b が使用される。共役酸・塩基の関係では、酸解離定数と塩基解離定数のどちらかが分かれば、溶媒の自己解離定数を用いることで、互いに数値を変換することができる。

酸解離定数は、通常は電離すると考えない有機化合物の水素に対しても使用することができる。アルドール反応など、水素の引き抜きを伴う有機化学反応を考える際に有効となる。

[編集] 定義

酸の一般式を HA、溶媒を Hsol とすると、解離平衡反応は次のようになる。

$\mbox{HA} + \mbox{Hsol} \quad \overrightarrow\longleftarrow \quad \mbox{H}_2 \mbox{sol}^+ + \mbox{A}^-$

このとき、酸解離定数 K_a は、溶媒の濃度 [Hsol] を定数内に含めた形で次のように表せる。

$K_\mbox{a} = \frac{[\mbox{H}_2 \mbox{sol}^+][\mbox{A}^-]} {[\mbox{HA}]}$

K_a は溶媒の種類に依存し、また平衡定数であるために温度によっても変化する。

K_a は物質によって大きく異なり、場合によっては非常に桁数が大きく（小さく）なるため、取扱いに不便なことがある。このため、負の常用対数 -log₁₀K_a = pK_a で表される場合が多い。定義から明らかなように、pK_a が小さな酸ほど酸性が強い。

[編集] 塩基解離定数

塩基の場合は、同様に塩基解離定数 (pK_b) を用いる。塩基の一般式を B、溶媒を Hsol とすると、塩基が水素イオンを受け取る反応は次のようになる。

$\mbox{B} + \mbox{Hsol} \quad \overrightarrow\longleftarrow \quad \mbox{BH}^+ + \mbox{sol}^-$

これより、塩基解離定数 K_b は、溶媒の濃度 [Hsol] を定数に含めた形で次のように表せる。

$K_\mbox{b} = \frac{[\mbox{BH}^+][\mbox{sol}^- ]} {[\mbox{B}]}$

K_b も K_a と同様に、負の常用対数表示にした pK_b として扱うことが多い。pK_b の小さな物質ほど塩基性が強くなる。

[編集] 酸と塩基の共役

ある物質から水素イオンがひとつ脱離した化学種を、その物質の共役塩基と呼ぶ。反対に、ある物質に水素イオンがひとつ付加した化学種を、その物質の共役酸という。例えば、水 (H₂O) の共役塩基は水酸化物イオン (OH^-) 、共役酸はオキソニウムイオン(H₃O⁺) である。

酸解離定数と塩基解離定数の定義より、ある酸 HA の酸解離定数 K_a と、その共役塩基 A^- の塩基解離定数 K_b の間には次式が成立する。

$K_\mbox{a} K_\mbox{b} = \frac{[\mbox{H}_2 \mbox{sol}^+][\mbox{A}^- ]} {[\mbox{HA}]} \cdot \frac{[\mbox{HA}][\mbox{sol}^- ]} {[\mbox{A}^-]} = [\mbox{H}_2 \mbox{sol}^+][\mbox{sol}^-]$