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pKa の差とプロトン移動平衡の平衡定数

酸 HA と塩基 B の反応 の平衡定数を として求め、平衡がどちらに偏るかを判定できる

前提

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算数中学高校大学大学院

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説明

酸 HA が別の塩基 に を渡す反応 の平衡定数は、2 つの酸 HA と HB の （）の差だけで と求められます。これを使うと、ある塩基で酸から を引き抜けるか、酸・塩基反応の平衡が右と左のどちらに偏るかを、 の表を見るだけで判断できます。有機合成で塩基を選ぶときや、抽出で化合物をイオンにするかどうかを考えるときに使います。

なぜそうしてよいのか

反応 の平衡定数は です。分母と分子に同じ を掛けて組みかえると

となります。つまり、この反応は「HA が を放す」反応と「 が を受け取る」反応（HB の電離の逆向き）を足し合わせたもので、平衡定数はそれぞれの平衡定数の積 になります。

なので、 です。 が小さいほど強い酸なので、HA のほうが強い酸（）なら指数が正で 、平衡は右に偏ります。直観的には、 は「手放したがる強い酸」から「つかんで放さない弱い酸の側」へ移り、平衡はより弱い酸（ の大きい酸）ができる向きに偏る、ということです。 が 1 違うごとに は 10 倍変わります。

手順

  1. 反応式の左辺で を渡す酸（HA）と、右辺でできる酸（ が を受け取ったもの、HB）を見分ける

  2. HA と HB それぞれの を確認する。塩基 については、 そのものではなくその共役酸 HB の を使う

  3. を計算する（右辺の酸の から左辺の酸の を引く）

  4. なら右（生成物側）、 なら左（反応物側）に偏ると判定する。どちらの場合も、 の大きい弱い酸が多くなる側に偏る

例題

酢酸 の を 、アンモニウムイオン の を とする。水溶液中の反応 の平衡定数 を、 の累乗の形で求めよ。

例題の解答

手順 1：左辺で を渡す酸は （HA）。 が を受け取ってできる右辺の酸は （HB）。この反応では塩基が電荷をもたない だが、考え方は同じ。

手順 2：、。

手順 3：

手順 4： なので平衡は大きく右に偏る。 の大きい弱い酸 ができる向きで、予想と合っている。

答え:

よくある誤り

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

入口の問題

この技能を使う問題

この技能の次に学べること