酸度系数

酸度系數，又名酸离解常数，代號K_a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pK_a，來表示：

一般來說，較大的K_a值（或較少的pK_a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，K_a值是可以用來計算出緩衝溶液的pH值。在亨德森—哈伯區方程式亦可得出以上結論。

[编辑] 共軛鹼的鹼度系數

由此類比，亦可以為共軛鹼A^–定義鹼度系數K_b及pK_b：

以下是平衡狀態的離解常數：

同樣的，較大的K_b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。

[编辑] 酸度系數與鹼度系數的關係

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（K_w），在25℃下即1.0 × 10^-14。

由於K_a與K_b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。

[编辑] 影響酸鹼強度的因素

作為一個平衡常數，酸度系數K_a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K_a值（因[A^–]與[AH]的比增加），或是降低pK_a值。相反的，分子作用偏向質子化狀態時，K_a值會下降，或提升pK_a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，pK_a值隨之而上升（K_a下降）。pK_a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pK_a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pK_a值下降。例如將次氯酸連續氧化，就能得出不斷上升的K_a值：HClO < HClO₂ < HClO₃ < HClO₄。次氯酸（HClO）與過氯酸（HCLO₄）K_a值的差約為11個數量級（約11個pK_a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pK_a值。這即是分子中的一組化學基的離子化，會影響另一組的pK_a值。

富馬酸及馬來酸是pK_a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pK_a值。在富馬酸可以說是接近的推論，它的pK_a值約為3.5及4.5。相反，馬來酸卻有著約1.5及6.5的pK_a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）。

[编辑] pK_a值的重要性

pK_a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pK_a值是對酶的活躍性及蛋白質的穩定性十分重要。

[编辑] 一般物質的pK_a值

除了那些pK_a值低於-1.76的物質，以下列出一般物質在25℃水下量度的pK_a值：

• - 25.00：氟銻酸
• - 15.00：魔酸
• - 10.00：氟硫酸
• - 10.00：過氯酸
• - 10.00：氫碘酸
• - 9.00：氫溴酸
• - 8.00：鹽酸
• - 3.00、1.99：硫酸
• - 2.00：硝酸
• - 1.76：水合氫離子
• 3.15：氫氟酸
• 3.60：碳酸
• 3.75：甲酸
• 4.04：抗壞血酸（維生素C）
• 4.19：琥珀酸
• 4.20：苯甲酸
• 4.63：苯胺*
• 4.74：醋酸
• 4.76：Dihydrogencitrate ion（檸檬酸鹽）
• 5.21：吡啶*
• 6.40：Monohydrogencitrate ion（檸檬酸鹽）
• 6.99：乙二胺*
• 7.00：硫化氫、咪唑*（作為酸）
• 7.50：次氯酸
• 9.25：氨*
• 9.33：苯甲胺*
• 9.81：三甲胺*
• 9.99：酚
• 10.08：乙二胺*
• 10.66：甲胺*
• 10.73：二甲胺*
• 10.81：乙基胺*
• 11.01：三乙胺*
• 11.09：二乙基胺*
• 11.65：過氧化氫
• 12.50：胍*
• 12.67：磷酸一氫離子（磷酸鹽）
• 14.58：咪唑（作為鹼）
• - 19.00（pKb）：氨基化鈉
• 37.00：二異丙基胺基鋰（LDA）
• 45.00：丙烷
• 50.00：乙烷

*氨和胺基的數值是相應的氨離子的pK_a值。