2025-11-04 10:06:42

酸度係數:數值定義,影響因素,區別聯繫,套用,緩衝溶液,生物化學,數值例舉,

酸度係數（pKa），又名酸離解常數，是酸解離平衡常數的常用對數的相反數，其定義式為pKa=－lg(Ka)。酸度係數是隸屬於酸鹼質子理論的概念，它反映了一種酸將質子傳遞給水，形成H3O+的能力，即反映了酸的強度。

基本介紹

中文名：酸度係數外文名：Acidity coefficient；pKa別名：pKa酸度係數；酸離解常數；代號：Ka值

數值定義,影響因素,區別聯繫,套用,緩衝溶液,生物化學,數值例舉,

數值定義一種酸的pKa越大則酸性越弱，pKa越小則酸性越強。pKa<0（一說為pKa<-1.76，即水合氫離子的pKa）的酸在水中是強酸，介於0與4.0之間為中強酸，其他為弱酸。影響因素酸的電離反應通式為： 。因此酸的pKa反映的是酸經由質子傳遞，轉化為水合氫離子與共軛鹼的難易程度，這個程度由化學熱力學過程決定，由公式 可計算出pKa的值。從定性角度分析，則可以通過下面的理論粗略比較酸中鍵能大小判斷酸的酸性強弱：在含氧酸中，中心原子所連線的非羥基氧（或氟，氯等電負性大的元素）越多，則－OH基團中電子云密度越小，氫越容易電離出。例如，高氯酸（三個非羥基氧）的酸性比氯酸（兩個非羥基氧）強。結合上面的理論，使用鮑林規則可以半定量地判斷含氧酸的pKa，其理論是：多元含氧酸逐級電離常數之比約為10-5，即pKa差值為5；含氧酸的pKa與非羥基氧數量(N)有關， 。由此可判斷，無非羥基氧的酸為弱酸，有一個的為中強酸，兩個或三個的為強酸。含氧酸的中心原子R對其酸性有著重要影響，R的半徑越小，電負性越大，氧化數越高，則R吸引電子的能力越強，降低了－OH上的電子云密度，使其容易電離。這個規則稱為R－O－H規則。使用離子勢可以半定量地判斷含氧酸的酸性大小，其計算公式為 ，其中z為中心陽離子電荷，r為中心陽離子半徑。離子勢反映了中心原子的極化作用強弱，離子勢越高，酸性越強。對於非含氧酸，可以結合HSAB理論進行理解。在HSAB中，氫離子是極硬的酸，因此與其結合的鹼越軟，則它們的鍵能越小，越容易電離。例如，氟離子為硬鹼，碘離子為軟鹼，因此氟化氫的酸性遠小於碘化氫。分子的異構現象亦可對pKa造成影響。例如反丁烯二酸與順丁烯二酸的分子結構幾乎完全相同，只是前者為反式結構，後者為順式結構。順丁烯二酸在一級電離時由於形成氫鍵，而使它比反丁烯二酸容易電離，二級電離時由於破壞氫鍵，使得它比反丁烯二酸難電離。氫鍵也會對pKa有一定影響，例如前面所提到的氟化氫，其成為弱酸的原因不僅在於H-F鍵能相對較大，還在於其電離後由氫鍵形成了穩定的離子對，不能完全發揮出酸的作用。區別聯繫在水溶液中由於酸及其共軛鹼的電離作用就等同於水的自我離子化，酸度係數與鹼度係數（pKb）的和就相等於水的離解常數（pKw），在25℃下pKa+pKb=pKw=14。由於Ka與Kb的積是一常數，較強的酸即代表較弱的共軛鹼；較弱的酸，則代表較強的共軛鹼。套用判斷質子溶劑中酸鹼反應的方向與程度，如強酸制弱酸，弱酸制更弱酸等。判斷一種質子酸（可以電離出H+的酸）在一種質子溶劑（可結合H+的溶劑）中是否電離完全。若一種酸的pKa小於溶劑化質子（溶劑的共軛酸）的pKa，則這種酸在此溶液中可以視作完全電離。計算酸溶液的pH值、共軛鹼的強度等。計算出緩衝溶液的pH值，在亨德森-哈塞爾巴爾赫方程亦可得出以上結論。緩衝溶液緩衝溶液由弱酸HA與其酸根離子A-共同構成，其一大特點是，在被稀釋或加入少量強酸/強鹼時，其pH值幾乎不變。酸度係數可實現緩衝溶液的相關計算：設緩衝系統中HA的電離常數為Ka（平衡常數），則由弱酸的電離平衡式可得下式： ； ，這就是亨德森-哈塞爾巴爾赫(Henderson-Hasselbach)方程。如果緩衝溶液中弱酸濃度與其酸根離子濃度相等，則：pH=pKa，由此可看出，緩衝溶液的pH值不受稀釋所影響，然而這個結論是在忽略水的電離下得出的，如果稀釋足夠倍數，其最終結果仍是趨於pH=7。由此公式，可通過滴定來測量弱酸的酸度係數：將弱酸恰好中和至一半，此時溶液的pH即為弱酸的pKa。根據此式可得出下列幾點結論：緩衝液的pH值與該酸的電離平衡常數Ka及鹽和酸的濃度有關。弱酸的pKa值衡定，但酸和鹽的比例不同時，就會得到不同的pH值。酸和鹽濃度等比例增減時，溶液的pH值不變；酸和鹽濃度相等時，緩衝液的緩衝效率為最高，比例相差越大，緩衝效率越低，緩衝液的一般有效緩衝範圍為pH=pKa±1，pOH=pKb±1。生物化學由於蛋白質及胺基酸均具有酸鹼的性質，因此在生物化學中，pKa被用於生理機能的研究。例如，蛋白質及其胺基酸側鏈對酶的活性及蛋白質的穩定性具有重要影響。數值例舉一些物質的pKapKa名稱化學式/結構式- 31.30氟銻酸H[SbF6]- 19.20氟銻磺酸（魔酸）HSO3F·SbF5- 18.00碳硼烷酸- 15.10氟磺酸HSO3F- 10.00高氯酸HClO4- 10.00氫碘酸HI- 9.00氫溴酸HBr- 8.00鹽酸HCl- 3.00硫酸H2SO4- 2.00硝酸HNO3- 1.76水合氫離子H3O+0.27肼*H3N-NH32+0.804碘酸HIO30.91焦磷酸H4P2O71.271乙二酸HOOCCOOH1.64高碘酸H5IO61.89亞硫酸H2SO31.99硫酸氫根HSO4-1.99乙二胺四乙酸(EDTA)2.148磷酸H3PO42.26砷酸H3AsO43.128檸檬酸3.14亞硝酸HNO23.20氫氟酸HF3.46氰酸HCNO3.751甲酸HCOOH3.858乳酸4.04抗壞血酸（維生素C）4.19丁二酸HOOCCH2CH2COOH4.20苯甲酸PhCOOH4.62疊氮酸HN34.60苯胺*PhNH3+4.756乙酸CH3COOH4.761檸檬酸二氫根離子5.17吡啶*PyH+6.352碳酸**H2CO36.40檸檬酸一氫根離子6.97硫化氫H2S6.99乙二胺* H2NCH2CH2NH27.00咪唑*（作為酸）7.198磷酸二氫根H2PO4-7.205亞硫酸氫根HSO3-7.537次氯酸HOCl8.55次溴酸HOBr9.236硼酸B(OH)39.246銨NH4+9.21氫氰酸HCN9.33苯甲胺*9.60矽酸Si(OH)49.81三甲胺*Me3NH+9.99酚ArOH10.08乙二胺*10.329碳酸氫根HCO3-10.5次碘酸HOI10.62甲胺*MeNH3+10.63乙胺*EtNH3+10.77二甲胺*Me2NH2+10.80二乙胺*Et2NH2+11.01三乙胺*Et3NH+11.64過氧化氫H2O212.32磷酸一氫根離子HPO42-12.50胍*12.90硫氫根HS-14.58咪唑（作為鹼）33氨NH326.00六甲基二矽基胺基鉀(KHMDS)37.00四甲基哌啶鋰(LiTMP)37.00二異丙基胺基鋰（LDA）45.00丙烷CH3CH2CH350.00乙烷CH3CH3

*銨及胺類物質的數據是其接受質子後形成的銨鹽的pKa；**碳酸的pKa在計算時按碳酸的實際濃度計算，若假定溶液中所有CO2均轉化為碳酸，則其pKa=3.75。