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酸度系數(英语:Acid dissociation constant,又名酸离解常数),代號Ka值,在化學及生物化學中,是指一個特定的平衡常數,以代表一種酸離解氫離子的能力。該平衡狀況是指由一種酸(HA)中,將氫離子(即一粒質子)轉移至水(H2O)。水的濃度([H2O])是不會在系數中顯示的。離解的化學反應為:
平衡狀況亦會以氫離子來表達,反映出酸質子理論:
平衡常數的方程式為:
由於在不同的酸這個常數會有所不同,所以酸度系數會以常用對數的加法逆元,以符號pKa,來表示:
一般來說,較大的Ka值(或較少的pKa值)代表較強的酸,這是由於在同一的濃度下,離解的能力較強。
利用酸度系數,可以容易的計算酸的濃度、共軛鹼、質子及氫氧離子。如一種酸是部份中和,Ka值是可以用來計算出緩衝溶液的pH值。在亨德森-哈塞爾巴爾赫方程亦可得出以上結論。
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由此類比,亦可以為共軛鹼A–定義鹼度系數Kb及pKb:
以下是平衡狀態的離解常數:
同樣的,較大的Kb值代表較強的鹼,這是因在同一的濃度下可以接收更多的質子。
由於HA與A–的電離作用就等同於水的自我離子化,酸度系數與鹼度系數的積就相等於水的離解常數(Kw),在25℃下即1.0 × 10-14。
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。
作為一個平衡常數,酸度系數Ka是以反應物與化合物,更準確的應是質子化狀態(AH)與脫質子化狀態(A–)的自由能差ΔG°來計算。分子的相互作用偏向脫質子化狀態時會提升Ka值(因[A–]與[AH]的比增加),或是降低pKa值。相反的,分子作用偏向質子化狀態時,Ka值會下降,或提升pKa值。
舉例假設AH在質子化狀態下釋放一個氫鍵給原子X,這個氫鍵在脫質子化狀態下是欠缺的。因質子化狀態有著氫鍵的優勢,pKa值隨之而上升(Ka下降)。pKa值的轉移量可以透過以下方程式從ΔG°的改變來計算:
其他的分子相互作用亦可以轉移pKa值:只要在一個分子的滴定氫附近加入一個抽取電子的化學基(如氧、鹵化物、氰基或甚至苯基),就能偏向脫質子化狀態(當質子離解時須穩定餘下的電子)使pKa值下降。例如將次氯酸連續氧化,就能得出不斷上升的Ka值:HClO < HClO2 < HClO3 < HClO4。次氯酸(HClO)與過氯酸(HClO4)Ka值的差約為11個數量級(約11個pKa值的轉移)。靜電的相互作用亦可對平衡狀態有所影響,負電荷的存在會影響帶負電、脫質子化物質的形成,從而提升了pKa值。這即是分子中的一組化學基的離子化,會影響另一組的pKa值。
富馬酸及馬來酸是pKa值轉移的經典例子。它們兩者都有相同的分子結構,以兩組雙鍵碳原子來分隔兩組羧酸。富馬酸是反式異構體,而馬來酸則是順式異構體。按照其對稱性,有人會想這兩個羧酸擁有同樣約為4的pKa值。在富馬酸可以說是接近的推論,它的pKa值約為3.5及4.5。相反,馬來酸卻有著約1.5及6.5的pKa值。這是因當其中一個羧酸脫質子化時,另一組卻形成一強烈的氫鍵與它連合,整體上來說,這個改變偏向了脫質子化狀態下接受氫鍵的羧酸(由約4降至1.5),及偏向質子化狀態下放出氫鍵的羧酸(由約4上升至6.5)。
pKa值會影響一物質的特徵,例如活躍性、水溶性及光譜性質。在生物化學上,蛋白質及胺基酸側鏈的pKa值是對酶的活躍性及蛋白質的穩定性十分重要。
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除了那些pKa值低於-1.76的物質,以下列出一般物質在25℃水下量度的pKa值:
*氨和胺基的數值是相應的氨離子的pKa值。
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