化学計算では、「pKa」という用語は「Ka」と比べてよく使われます。 にもかかわらず、この 2 つの概念の間には多くの混乱があります。
Did You Know?
強い酸だけが皮膚を焼くことができるという一般的な考えにもかかわらず、強い塩基も同じ効果を持ちます。 さらに、酸と塩基は常に中和し合っています。
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あらゆる物質の化学的性質は、それが生成する「イオン」と呼ばれる荷電粒子に依存しています。 この原理から、酸とは水に溶かすと容易に水素イオン（プロトンと呼ばれる）を提供する物質である。 一方、塩基は、そのような自由なプロトンを容易に受け入れる物質である。 このプロトンの供与・受容のしやすさによって、「強い」「弱い」に分類される。 ブレンステッド＝ローリー理論では、このように酸と塩基の概念を説明しています。
物質が作り出す陽子の数を示す値としてpHがよく使われますが、これらの物質の強さを説明するために使われるKa、Kb、pKa、pKbといった量も存在します。 これらは、化学者が実験室で化学反応物の強さを決めたり、薬剤師が薬の量を把握したりするためによく使われるものである。 しかし、この値はブレンステッド酸・塩基、すなわちプロトンを与える物質と受け入れる物質にしか使うことができない。 なぜなら、ルイス理論のような他の理論では、酸や塩基を電子の移動で定義するため、KaやpKaのようなプロトンを扱う数値は意味をなさなくなるからである。 以下では、酸のpKa値からKa値への変換について説明します。
What is Kₐ?
Kaは「酸解離定数」と呼ばれるものです。 酸が水に溶けると、その分子はさまざまなイオン（プラスまたはマイナスの電荷を持つ原子）に分裂します。
ある酸の水溶液はいつでも、いくつかの無傷の分子といくつかのイオンを含んでいます。 その酸が強いものか弱いものかは、これらの分子とイオンの割合に依存する。 イオンの数が酸の分子の数を上回れば、酸は簡単にイオンに分解される（解離する）ので、強いと言えます。 一方、分子の数がイオンの数を上回ると、酸はイオンを作りにくくなり、弱くなります。 したがって、酸解離定数(Ka)は、酸が強いか弱いかを教えてくれるのです。 水溶液中の酸の分子をHAとすると、HAは次のようにイオンに解離する。
HA (acid) ⇋ H+ (proton) + A- (conjugate base)
この酸のKaの値は次の式で与えられる。
Ka= ÷
Kaの値が大きければ、式の分子（イオンの濃度）が高いので、その酸は強いということになります。 Kaの値が低ければ、分子より分母（分子の濃度）が高いので、酸が弱いということになります。
pKₐって何ですか？
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pKaという用語は、酸解離定数（Ka）の負の対数を10の底で取ったものに他なりません。
実際、化学で値の前に「p」という用語があるのは、その値の負の対数が取られていることを意味します。 これはKaの値が大きすぎたり小さすぎたりすることが多いためで、化学計算ではpKaがよりよい代用品となる。 しかし、「酸解離定数」という言葉は、KaとpKaの両方を指す言葉として間違って使われていることがよくある。
pKaとKaの関係は次の式で表される。
pKa = -log10(Ka)
上の式から、Ka値が高いほどpKaが低くなることは明らかであろう。 したがって、強酸はKaが高くpKaが低く、弱酸はKa値が低くpKaが高い。
pKₐ to Kₐ Conversion
pKaはKaの負の対数なので、上の式を単純に逆にすればKaの値が算出できる。 つまりKaはpKaの負の対数です。
Ka = antilog (-pKa)
数xの対数は、xを得るために10の数を上げるべき指数です。例えば1000という数の場合、10は1000を得るために指数3でなければならず、すなわち103 = 1000となるのです。 一方、対数値、すなわち3だけが与えられた場合、この対数を求めた数の値を求めるには、この対数値の反比例をとらなければならない。
Antilog (logarithm) = Antilog 3 = 1000 = 103 = 10logarithm
i.e., は、指数(対数)の反比例は、その指数に上げた10の値、すなわち対数そのものに上げた10の値を与える。 したがって、
Antilog (-pKa) = 10(-pKa)
したがって、pKaをKaに変換する別の公式は、負のpKa値に10を掛けた値を求めることである。
Ka = 10(-pKa)
例
塩酸のpKa値、pKa = -7が与えられたとする。 上記の式からそのKa値を求めてみよう。
Ka = antilog (7) = 107 (-(-7) = 7なので)
pKaが低く、Ka値が大きいことは、塩酸が強酸で、容易にそのイオン（H+とCl-）に分解されることを示しています。
pKa値があれば、一度にKa値が求められることは明らかでしょう。 Ka値が1より小さい酸は弱く、1より大きい酸は強いとされています
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