分配係数
水と油のように混じり合わない2種類の液体を同じ容器に入れ、カフェインのようなどちらの液体にも溶ける第3の物質を加えてよく振ると、両方の液体中のカフェイン濃度の比は最初に加えた量にかかわらず一定となる。このときの濃度比を、対象となる物質の分配係数という。実際には、水と油のような液体同士の場合以外に、固体と液体の場合でも分配係数は求められる。
用いる2相が水と油の場合、分配係数は対象物質の水へのなじみにくさ(疎水性)を示す数値となる。疎水性は、薬や毒などの化学物質が生物の体内や自然環境中でどのようにはたらくかを考えるときに重要な要素となるため、多くの物質について分配係数が調べられている。特に、後述するオクタノール/水分配係数 log Pow は、化学物質を規制する法律等でも参考とされる数値になっており、国際的な測定方法が定められている。現在では計算機化学の発展により、実際に測定しなくてもコンピュータで計算して分配係数が予測できるようになりつつある。
カフェインの水中の化学ポテンシャルを μw とし、カフェインの活量を aw とすると、
μ w = μ w ∘ + R T ln  a w {\displaystyle \mu _{\mathrm {w} }=\mu _{\mathrm {w} }^{\circ }+RT\ln a_{\mathrm {w} }}