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5.3 : 酸和碱:Ka, pKa和相对强度

本课深入探讨酸和碱相对强度的一个关键方面。 酸的强度通过酸在水中离解成其共轭碱和水合氢离子来评估。 强酸的完全解离是通过非常高浓度的水合氢离子来证实的。 因此,不完全的解离过程形成弱酸。 因此,在这些反应中,强酸的平衡是向前的,弱酸的平衡是向后的。

因此,酸强度由未离解的酸分子和水合氢离子的浓度定义。 虽然弱酸可以通过平衡常数 (Keq) 来估计,但对于稀溶液来说它是常数,并且水浓度的变化可以忽略不计。 这一观察结果导致平衡常数被修改,称为酸度常数或解离常数 Ka。 要定义酸度常数(酸度的大小),请考虑通用酸碱反应:

Figure1

图 1:一般酸在水中的离解

这里,HA表示一般酸,A表示其共轭碱。 下式表示该反应的酸度常数。

Figure2

图 2:一般酸解离的酸度常数

这种关系集中于分子中水合氢离子的浓度。 因此,这些离子的增加导致酸度常数增加和酸性更强。 在有机酸中,Ka 的大小通常分布在几个数量级。 因此,不同酸的强度以 pKa 值表示,计算为 Ka 的负对数:

Figure3

图3:pKa的表达

这里,负号表示pKa值和酸度之间的反比关系。 正如苯甲酸与氢溴酸所阐明的,较高的 pKa 值等于较低的Ka 值,这表明酸较弱。

通过扩展上述原理,pKa 值也可以确定碱基的强度。 由于碱解离形成共轭酸,因此较强的共轭酸对应于较弱的碱。 例如,考虑甲醇与乙胺。 pKa值为-3.8的甲醇共轭酸比pKa值为10.6的乙胺共轭酸酸性更强。 因此,甲醇是比乙胺弱的碱。

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AcidBasesKaPKaRelative StrengthsAcid DissociationConjugate BaseHydronium IonStrong AcidWeak AcidEquilibriumForward DirectionBackward DirectionUndissociated Acid MoleculesEquilibrium ConstantAcidity ConstantDissociation ConstantGeneric Acid base Reaction

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