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酸度係數

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酸度系數(英語:Acid dissociation constant,閣名酸解離常數,代號 _ K _ a、p _ Ka _p _ Ka _ 值), 佇化學佮生物化學中,是講一个特定的平衡常數,以代表一種酸解離氫離子的能力。

這个平衡的狀況是講由一種酸(HA)中,共氫離子(即質子)轉移到水(H 二 O)。 水的濃度 [H 二 O] 是袂佇系數內底顯示的。一種酸的 p _ Ka _ 愈大是酸性愈弱,p _ Ka _ 愈細則酸性愈強(反過來講,_ Ka _ 值愈大,解離度懸,酸性愈強,_ Ka _ 值愈細,部份解離,酸性愈弱)。 p _ Ka _ < 零的酸佇水底是強酸,介於零佮四配零之間為中強酸,其他為弱酸。解離的化學反應(酸的游離反應通式)為:


$ { \ mbox { HA } } _ { \ mbox { ( aq ) } } + { \ mbox { H } } _ { 二 } { \ mbox { O } } _ { \ mbox { ( l ) } } \ leftrightarrow { \ mbox { H } } _ { 三 } { \ mbox { O } } _ { \ mbox { ( aq ) } } ^ { + } + { \ mbox { A } } _ { \ mbox { ( aq ) } } ^ {-} $

平衡狀況亦會用氫離子來表達,反映出酸質子理論:


$ { \ mbox { HA } } _ { \ mbox { ( aq ) } } \ leftrightarrow { \ mbox { H } } _ { \ mbox { ( aq ) } } ^ { + } + { \ mbox { A } } _ { \ mbox { ( aq ) } } ^ {-} $

平衡常數的方程式為:


$ K _ { a }={ \ frac { [{ \ mbox { H } } _ { 三 } { \ mbox { O } } ^ { + }] [{ \ mbox { A } } ^ {-}] } { [{ \ mbox { HA } }] } } $

因為佇無仝款的酸這个常數會無仝款,所以酸度系數會用捷用對數的加法逆元,用符號 p _ K _ a,來表示:


$ { \ mbox { p } } K _ { \ mbox { a } }=-\ log _ { 十 } { K _ { \ mbox { a } } } \ , \ ! $

佇仝的濃度之下,較大的 _ K _ a 值(抑是較少的 p _ K _ a 值)解離的能力比較強,代表較強的酸。一般來講,_ K _ a > 一(抑是 p _ K _ a < 零), 為著強酸;_ K _ a < 十曉四(抑是 p _ K _ a > 四), 為弱酸。

利用酸度系數,會當足簡單的計算酸的濃度、共車鹼、質子佮氫氧離子。若一種酸是部份內底佮,_ K _ a 值會當用來計算出勻勻仔衝溶液的 pH 值。佇亨德森-哈窒爾巴爾赫方程式亦會當出以上結論。

共車鹼的鹼度系數

因為這種的比,亦會當做共車鹼 A–定義鹼度的系數 _ K _ b 佮 p _ K _ b:


$ K _ { b }={ \ frac { [{ \ mbox { HA } }] [{ \ mbox { OH } } ^ {-}] } { [{ \ mbox { A } } ^ {-}] } } $


$ { \ mbox { p } } K _ { \ mbox { b } }=-\ log _ { 十 } { K _ { \ mbox { b } } } \ , \ ! $

以下是平衡狀態的解離常數:


$ { \ mbox { A } } _ { \ mbox { ( aq ) } } ^ {-} + { \ mbox { H } } _ { 二 } { \ mbox { O } } _ { \ mbox { ( l ) } } \ leftrightarrow { \ mbox { HA } } _ { \ mbox { ( aq ) } } + { \ mbox { OH } } _ { \ mbox { ( aq ) } } ^ {-} $

按呢仝款,較大的 _ K _ b 值代表較強的鹼,這是因為佇仝的濃度之下會當接收閣較濟質子。

酸度系數佮鹼度系數的關係

因為 HA 佮 A–的游離作用就等仝款於水的自我離子化,酸度系數佮鹼度系數彼款的積就等於水的解離常數(_ K _ w), 故 p _ K _ a 佮 p _ K _ b 的和即為 p _ K _ w。其中 _ K _ w 佇二十五孵氏度下為一孵零  ×  十二十四,p _ K _ w 為十四。


$ K _ { \ mbox { a } } K _ { \ mbox { b } }=K _ { \ mbox { w } } \ , \ ! $


$ { \ mbox { p } } K _ { \ mbox { a } } + { \ mbox { p } } K _ { \ mbox { b } }={ \ mbox { p } } K _ { \ mbox { w } } \ , \ ! $

因為 _ K _ a 佮 _ K _ b 的積是一常數,較強的酸即代表較弱的共擔鹼;較弱的酸,是代表較強的共擔鹼。

影響酸鹼強度的因素

成做一个平衡常數,酸度系數 _ K _ a 這是以反應物件和化合物,閣較準確實應該是質子化狀態(AH)佮脫質子化狀態(A–)的自由能䆀 ΔG° 來計算。分子的交互作用偏向脫質子化狀態的時會提升 _ K _ a 值(因為 [A–] 佮 [ AH] 的比增加), 抑是降低 p _ K _ a 值。顛倒反的,分子作用偏向質子化狀態的時,_ K _ a 值會下降,抑是提升 p _ K _ a 值。

舉例假設 AH 佇質子化狀態下釋放一个氫鍵予原子 X,這个氫鍵咧脫質子化狀態下是欠缺的。因為質子化的狀態有著氫鍵的優勢,p _ K _ a 價值綴咧衝懸(_ K _ a 下降)。 p _ K _ a 值的轉移量會當透過以下的方程式對 ΔG° 的改變來計算:


$ K _ { a }=e ^ {-{ \ frac { \ Delta G ^ { \ circ } } { RT } } } $

其他的分子交互作用亦會當轉移 p _ K _ a 值:只要佇一个分子的滴定氫附近加入一个抽取電子的化學基(如氧、鹵化物、安基抑是講到苯基), 就會當偏向脫質子化的狀態(這站仔解離的時陣愛穩定下跤的電子)使 p _ K _ a 值下降。譬如講將次氯酸連紲氧化,就會當出不斷升起去的 _ K _ a 值:HClO < HClO 二 < HClO 三 < HClO 四。次氯酸(HClO)佮過氯酸(HClO 四)_ K _ a 值的差不多為十一个數量級(差不多十一个 p _ K _ a 值的轉移)。 靜電的交互作用亦可對平衡狀態有所影響,負電錢的存在會影響帶負電、脫質子化物質的形成,對提升矣 p _ K _ a 值。這即是分子中的一組化學基的離子化,會影響另外一組的 p _ K _ a 值。

富馬酸佮馬來酸是 p _ K _ a 值轉移的古典例。𪜶兩个攏有仝款的分子結構,以兩組雙鍵碳原子來分隔兩組趨酸。富馬酸是反式異構物,毋過馬來酸是順式異構物。按照伊的對稱性,有人會想講這兩个酸氣有仝款約是四的 p _ K _ a 值。佇富馬酸會當講是接近的推論,伊的 p _ K _ a 值大約是三人五佮四配五。相反,馬來酸煞有大約一刀五及六方五的 p _ K _ a 值。這是因為其中一个影響脫質子化的時陣,另外一組煞形成一強烈的氫鍵佮伊連合,整體起來講,這个改變偏向矣脫質子化狀態下接受氫鍵的孵酸(是由約四降到一人抹五), 佮偏向質子化狀態下放出氫鍵的影跡酸(由約四上升到六更五)。

p _ K _ a 值的重要性

p _ K _ a 值會影響一个物質的特徵,比如講活跳性、水溶性佮光譜性質。佇生物化學上,卵白質佮胺基酸邊仔鏈的 p _ K _ a 值是對影響的活跳性佮卵白質的穩定性十分重要。

一般物質的 p _ K _ a 值

以下列出一寡物質佇二十五解決水量度的 p _ K _ a 值,同時列出酸性強過氯酸的質子酸的 H 零值:

  • \ * 氨和胺基的數值是相應的氨離子的 p _ K _ a 值。( 非與水反應 )
  • \ * \ * 碳酸的濃度假定做碳酸佮二氧化碳的濃度佮。
  • \ * \ * \ * 質子化能力懸於過氯酸的質子酸所列數據為 H 零值,過氯酸的 H 零值為-十三。

常見物質的 pKa 數值

有偌種技術來確定化學物質的 pKa 值,致使無仝來源之間存在一寡差異。 測量值之間通常有零交一个單位的精差。下列物質的數據攏是佇二十五分之度時水中測甲。

參考文獻