酸・塩基の平衡

さて前回は酸・塩基の「定義」を紹介したね。
詳細は「酸・塩基の定義」ページを参照いただくとして以下のような反応式を紹介させていただきました~♪

・アレニウスの定義

・ルイスの定義

・ブレンステッド-ローリーの定義(※以下「ブレンステッドの定義」)

「ブレンステッドの定義」“超重要”ということを説明させてもらったよね。
さてここで「おや?」と思ったことはなかったかな。
「アレニウス」「ルイス」で紹介してきた反応式と若干違う点があるんだ。
どこかわかるかな?

・・・

そう、矢印が両側を向いているんだ。
これが何を意味するかというと反応が終わったとき、
「全部右側の状態になるわけではなく、左側の物質も残っている」
ということ。
今回はこの右左の関係について「どちらがどれだけ多いか」が重要になってくるよ。
それでは詳細にいってみよー。

さて先に紹介しちゃっている反応式(ブレンステッドの定義)。
そもそも「平衡」っていうのはとは反応式の右側の量と左側の量を比べることなので以下の式が出来上がる。

※ここで[ ]はそれぞれ濃度を指してるよ。

「K」っていうのは見たままなんだけど、「右側の量/左側の量」ね。

この式から以下の推測ができると思う。
・K>1 なら右側の量が多い(反応の平衡が右に傾いてる)
・K=1 なら右と左の量は同じ(反応は平衡)
・K<1 なら左側の量が多い(反応の平衡は左に傾いている)

ここでさっきのブレンステッドの定義を思い出してほしい。
「酸はHを出すもの、塩基はHを受け取るもの」
だったよね。
ということは
酸(濃度的に酸が強い状態)
・K>1
・HAがHをたくさん出す(右側の濃度が濃い)状態

塩基(濃度的に塩基が強い状態)
・K<1
・HAがHをあまり出さない(左側の濃度が濃い)状態

と考えることができる。

ちなみに水の濃度ほぼ一定で変化がないから

と表せるよ。
さてついで紹介しておくとKa「酸解離定数」ていうもの。
これはpHと関係してくるんだ。
またちょっと数学チックになるけどまず以下のように書き換えます。

なんでこんな風に書き換えるのか、というとKaのままだとpHとの関係が「逆」になってしまうからなんだ。
というのも酸性って強い程pHは小さくなるよね。
けど先に説明したように酸性が強いってことはKa(K)が1より大きいってことになって大小関係がちぐはぐになっちゃう。
だからややこしくならないように対数で表現することでpHとの関係を同じにしてるんだ。

つまり酸性が強くなるほど、pHと同じくpKaは小さくなるよ。

さて今まで酸をベースに紹介したので次は塩基をベースとした反応式・考え方を紹介したいと思う。
まぁ概念は酸と一緒だよ。
参考までに(※分からなかったら↑を読み直してみてね)

反応式[改]

安易だけど「酸」を「A」としたので、塩基は「B」でいきます・・・。

続いて酸解離定数の時「Ka」としたので、「塩基解離定数」は「Kb」でいきます。
ただ実際にこれが使われることはあまりない。
なぜならこれも基本的にはKaに直して考えるから。

共役酸BHを酸として考えて、水と反応させてみると

どこかで見たことのある式になってきたね(笑)。
つまりはKaを使って次のようにあらわせる。

結局は同じ話にいきつくんだけど、Kaが大きくなるってことは=反応式[改]の平衡は右に傾くっていうことで、この場合塩基性が大きくなりますよって話。
つまり塩基性が強くなるほど、pHと同じくpKaは大きくなるよ。
※逆にいえば、pKbが小さいほど塩基性は強くなるよ。

ちなみに

の関係になってます。

最後にまとめると
「pKaが小さいものほど酸性は強く、pKaが大きいものほど塩基性が強くなる」
っていうことだね。

酸、塩基はもうちょっと続くよ♪

ではまた次回

© 2017 猫でもわかる有機化学

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