| 酸碱化学 |
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 「」至此。關於缩写为PKA的条目，請見「**PKA**」。
**酸度系數**（英語：**Acid dissociation constant**，又名**酸解離常数**，代號*K*a、**p*Ka***、**p*Ka*值**），在化學及生物化學中，是指一個特定的平衡常數，以代表一種酸解離氫離子的能力。

該平衡狀況是指由一種酸（HA）中，將氫離子（即質子）轉移至水（H2O）。水的濃度[H2O]是不會在系數中顯示的。一种酸的p*Ka*越大则酸性越弱，p*Ka*越小则酸性越强（反過來說，*Ka*值越大，解離度高，酸性越強，*Ka*值越小，部份解離，酸性越弱）。p*Ka*<0的酸在水中是强酸，介于0与4.0之间为中强酸，其他为弱酸。離解的化學反應（酸的电离反应通式）為：

{\mbox{HA}}\_{{{\mbox{ (aq)}}}}+{\mbox{H}}\_{2}{\mbox{O}}\_{{{\mbox{ (l)}}}}\leftrightarrow {\mbox{H}}\_{3}{\mbox{O}}\_{{{\mbox{ (aq)}}}}^{+}+{\mbox{A}}\_{{{\mbox{ (aq)}}}}^{-}
平衡狀況亦會以氫離子來表達，反映出酸質子理論：

{\mbox{HA}}\_{{{\mbox{ (aq)}}}}\leftrightarrow {\mbox{H}}\_{{{\mbox{ (aq)}}}}^{+}+{\mbox{A}}\_{{{\mbox{ (aq)}}}}^{-}
平衡常數的方程式為：

K\_{a}={\frac {[{\mbox{H}}\_{3}{\mbox{O}}^{+}][{\mbox{A}}^{-}]}{[{\mbox{HA}}]}}
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p*K*a，來表示：

{\mbox{p}}K\_{{{\mbox{a}}}}=-\log \_{{10}}{K\_{{{\mbox{a}}}}}\,\!
在同一的濃度下，較大的*K*a值（或較少的p*K*a值）離解的能力較強，代表較強的酸。一般来说，*K*a>1（或p*K*a<0），则為強酸；*K*a<10-4（或p*K*a>4），则為弱酸。

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。

乙酸(醋酸)一種弱酸，捐出質子（氫離子，以綠色顯示），以水的化學平衡（可逆反應）反應給出乙酸根離子和氫離子，紅色：氧，黑：碳，白：氫。

共軛鹼的鹼度系數
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由此類比，亦可以為共軛鹼A–定義鹼度系數*K*b及p*K*b：

K\_{b}={\frac {[{\mbox{HA}}][{\mbox{OH}}^{-}]}{[{\mbox{A}}^{-}]}}
{\mbox{p}}K\_{{{\mbox{b}}}}=-\log \_{{10}}{K\_{{{\mbox{b}}}}}\,\!
以下是平衡狀態的離解常數：

{\mbox{A}}\_{{{\mbox{ (aq)}}}}^{-}+{\mbox{H}}\_{2}{\mbox{O}}\_{{{\mbox{ (l)}}}}\leftrightarrow {\mbox{HA}}\_{{{\mbox{ (aq)}}}}+{\mbox{OH}}\_{{{\mbox{ (aq)}}}}^{-}
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。

酸度系數與鹼度系數的關係
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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），故p*K*a與p*K*b的和即為p*K*w。其中*K*w在25℃下為1.0 × 10-14，p*K*w為14。

K\_{{{\mbox{a}}}}K\_{{{\mbox{b}}}}=K\_{{{\mbox{w}}}}\,\!
{\mbox{p}}K\_{{{\mbox{a}}}}+{\mbox{p}}K\_{{{\mbox{b}}}}={\mbox{p}}K\_{{{\mbox{w}}}}\,\!
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。

影響酸鹼強度的因素
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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p*K*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p*K*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，p*K*a值隨之而上升（*K*a下降）。p*K*a值的轉移量可以透過以下方程式從ΔG°的改變來計算：

K\_{{a}}=e^{{-{\frac {\Delta G^{\circ }}{RT}}}}
其他的分子相互作用亦可以轉移p*K*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p*K*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p*K*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p*K*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p*K*a值。

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

p*K*a值的重要性
----------

p*K*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p*K*a值是對酶的活躍性及蛋白質的穩定性十分重要。

一般物質的p*K*a值
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以下列出一些物質在25℃水下量度的p*K*a值，同时列出酸性强于高氯酸的质子酸的H0值：

| 物質名稱 | 化學式 | pKa | pKa2 | pKa3 | H0 | 来源 |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| & | -9 |
| Zz | 9 |
|
| 氟銻酸 | HSbF6 | -25.00 |  |  | -31.3 |  |
| 魔酸 | HSbF6SO3 | -19.20 |  |  |  |  |
| 碳硼烷酸 | H(CHB11Cl11) | -12.00 |  |  | -18 |  |
| 氟磺酸 | HSO3F | -10.00 |  |  | -15.1 |  |
| 高氯酸 | HClO4 | -10.00 |  |  | -13 |  |
| 氫碘酸 | HI | -9.48 |  |  |  |  |
| 氫溴酸 | HBr | -9.00 |  |  |  |  |
| 鹽酸 | HCl | -8.00 |  |  |  |  |
| 硫酸 | H2SO4 | -3.00 | 1.99 |  | -12 |  |
| 硝酸 | HNO3 | -2.00 |  |  |  |  |
| 水合氫離子 | H3O+ | -1.76 |  |  |  |  |
| 氨基磺酸 | HSO3NH2 | -1 |  |  |  |  |
| 三氟乙酸 | CF3COOH | 0.23 |  |  |  |  |
| 三氯乙酸 | CCl3COOH | 0.64 |  |  |  |  |
| 磷酸 | H3PO4 | 2.12 | 7.21 | 12.67 |  |  |
| 葉酸 | C19H19N7O6 | 2.3 | 8.3 |  |  |  |
| 檸檬酸 | C6H8O7 | 3.09 | 4.76 | 6.40 |  |  |
| 氫氟酸 | HF | 3.18 |  |  |  |  |
| 甲酸 | HCOOH | 3.75 |  |  |  |  |
| 抗壞血酸（維生素C） | C6H8O6 | 4.04 |  |  |  |  |
| 琥珀酸 | C4H6O4 | 4.19 |  |  |  |  |
| 苯甲酸 | C6H5COOH | 4.20 |  |  |  |  |
| 苯胺\* | C6H7N | 4.63 |  |  |  |  |
| 乙酸（醋酸） | CH3COOH | 4.75 |  |  |  |  |
| 吡啶\* |  | 5.21 |  |  |  |  |
| 碳酸\* | H2CO3 | 6.35 |  |  |  |  |
| ATP |  | 6.5 |  |  |  |  |
| 乙二胺\* |  | 6.99 |  |  |  |  |
| 咪唑\*（作為酸） |  | 7.00 |  |  |  |  |
| 硫化氫\* | H2S | 7.00 | 19.0 |  |  |  |
| 次氯酸 | HOCl | 7.50 |  |  |  |  |
| 氨\* | NH3(g) | 9.25 |  |  |  |  |
| 氫氰酸 | HCN | 9.30 |  |  |  |  |
| 苯甲胺\* |  | 9.33 |  |  |  |  |
| 三甲胺\* |  | 9.81 |  |  |  |  |
| 苯酚 | PhOH | 9.9 |  |  |  |  |
| 乙二胺\* |  | 10.08 |  |  |  |  |
| 甲胺\* |  | 10.66 |  |  |  |  |
| 二甲胺\* |  | 10.73 |  |  |  |  |
| 乙胺\* |  | 10.81 |  |  |  |  |
| 三乙胺\* |  | 11.01 |  |  |  |  |
| 二乙胺\* |  | 11.09 |  |  |  |  |
| 過氧化氫 | H2O2 | 11.65 | 25 |  |  |  |
| 胍\* |  | 12.50 |  |  |  |  |
| 咪唑（作為鹼） |  | 14.58 |  |  |  |  |
| 水 | H2O | 15.74 |  |  |  |  |
| 氨基鈉 | NaNH2 | -19.00（pKb） |  |  |  |  |
| 六甲基二硅基胺基钾(KHMDS) |  | 26.00 |  |  |  |  |
| 液氨\* | NH3(l) | 34 |  |  |  |  |
| 四甲基哌啶锂(LiTMP) |  | 37.00 |  |  |  |  |
| 二異丙基胺基鋰（LDA） |  | 37.00 |  |  |  |  |
| 丙烷 | C3H8 | 45.00 |  |  |  |  |
| 乙烷 | C2H6 | 50.00 |  |  |  |  |

* **\*氨和胺基的數值是相應的氨離子的p*K*a值。(非與水反應)**
* **\*\*碳酸的濃度假定為碳酸与二氧化碳的濃度和。**
* **\*\*\*质子化能力高于高氯酸的质子酸所列数据为H0值，高氯酸的H0值为-13。**

常見物質的pKa數值
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有多種技術來確定化學物質的pKa值，導致不同來源之間存在一些差異。
測量值之間通常有0.1個單位的誤差。下列物質的數據都是在25℃時水中測得。

| 化學名稱 | 化學平衡 | p*K*a |
| --- | --- | --- |
| B = 腺嘌呤 | BH22+ ⇌ BH+ + H+ | 4.17 |
|  | BH+ ⇌ B + H+ | 9.65 |
| H3A = 亞砷酸 | H3A ⇌ H2A− + H+ | 2.22 |
|  | H2A− ⇌ HA2− + H+ | 6.98 |
|  | HA2− ⇌ A3− + H+ | 11.53 |
| HA = 苯甲酸 | HA ⇌ H+ + A− | 4.204 |
| HA = 丁酸 | HA ⇌ H+ + A− | 4.82 |
| H2A = 鉻酸 | H2A ⇌ HA− + H+ | 0.98 |
|  | HA− ⇌ A2− + H+ | 6.5 |
| B = 可待因 | BH+ ⇌ B + H+ | 8.17 |
| HA = 甲酚 | HA ⇌ H+ + A− | 10.29 |
| HA = 甲酸 | HA ⇌ H+ + A− | 3.751 |
| HA = 氫氟酸 | HA ⇌ H+ + A− | 3.17 |
| HA = 氫氰酸 | HA ⇌ H+ + A− | 9.21 |
| HA = 硒化氫 | HA ⇌ H+ + A− | 3.89 |
| HA = 過氧化氫（90％） | HA ⇌ H+ + A− | 11.7 |
| HA = 乳酸 | HA ⇌ H+ + A− | 3.86 |
| HA = 丙酸 | HA ⇌ H+ + A− | 4.87 |
| HA = 苯酚 | HA ⇌ H+ + A− | 9.99 |
| H2A = 維生素C | H2A ⇌ HA− + H+ | 4.17 |
|  | HA− ⇌ A2− + H+ | 11.57 |
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參考文獻
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1. ↑  
Speight, J.G.  18th. McGraw–Hill. 2005. ISBN 0-07-143220-5.  Chapter 8

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