酸の強さ

酸の強さとは、化学式HAで表される酸が、陽子H⁺^と陰イオンA⁻に解離する傾向のことである。強酸の溶液中での解離またはイオン化は、最も濃度の高い溶液^{を除いて、ほぼ完全に起こる。}

HA → H ⁺ + A ⁻

強酸の例としては、塩酸（HCl）、過塩素酸（HClO ₄）、硝酸（HNO ₃）、硫酸（H ₂ SO ₄ ）などがある。

弱酸は水中では部分的にしか解離しない、あるいは部分的にイオン化し、未解離の酸とその解離生成物が溶液中に存在し、互いに平衡状態にある。

HA ⇌ H ⁺ + A ⁻

酢酸（CH₃COOH ）_は弱酸の一例です。弱酸の強さは酸解離定数によって定量化されます。${\displaystyle K_{a}}$価値。

弱有機酸の強さは、置換基効果によって左右される場合がある。無機酸の強さは、プロトンが結合する原子の酸化状態によって決まる。酸の強さは溶媒によっても異なる。例えば、塩化水素は水溶液中では強酸であるが、氷酢酸に溶解すると弱酸となる。

酸の強さの一般的な尺度は、酸解離定数（${\displaystyle K_{a}}$これは滴定法によって実験的に決定できます。強い酸ほど、${\displaystyle K_{a}}$そしてより小さな対数定数（${\displaystyle \mathrm {p} K_{a}=-\log K_{a}}$）より弱い酸よりも強い。酸が強いほど、プロトンH ⁺を失いやすい。脱プロトン化の容易さに寄与する 2 つの重要な要因は、 H−A結合の極性と原子Aの大きさであり、これらはH−A結合の強さを決定する。酸の強さは、共役塩基の安定性にも依存する。

一方で${\displaystyle K_{a}}$値は酸性溶質が標準溶媒（最も一般的には水またはDMSO ）にプロトンを移動させる傾向を測定するものであり、酸性溶媒が参照溶質（最も一般的には弱アニリン塩基）にプロトンを移動させる傾向はハメット酸性度関数によって測定される。${\displaystyle H_{0}}$値。酸の強さに関するこれら 2 つの概念は、物質がプロトンを供与する一般的な傾向にしばしば相当しますが、${\displaystyle K_{a}}$そして${\displaystyle H_{0}}$値は異なる特性の尺度であり、時折乖離することがあります。たとえば、フッ化水素は水に溶解しているかどうか（${\displaystyle \mathrm {p} K_{a}=3.2}$）またはDMSO（${\displaystyle \mathrm {p} K_{a}=15}$）、 もっている${\displaystyle \mathrm {p} K_{a}}$これらの溶媒中で不完全な解離を起こし、弱酸となることを示す値がある。しかし、厳密に乾燥させた純粋な酸性媒体では、フッ化水素は${\displaystyle H_{0}}$値は-15であり、^{[ 1 ]} 100%硫酸よりも強いプロトン化媒体であるため、定義上、超酸である。^{[ 2 ]}（曖昧さを避けるため、この記事の残りの部分では、特に断りのない限り、「強酸」とは、その値で測定される強酸を指すものとする。）${\displaystyle \mathrm {p} K_{{\ce {a}}}}$価値 （${\displaystyle \mathrm {p} K_{{\ce {a}}}<-1.74}$この用法は、ほとんどの現役化学者の一般的な用語と一致している。

問題となっている酸性媒体が希薄水溶液である場合、${\displaystyle H_{0}}$は、水溶液中のH ⁺濃度の負の対数であるpH値とほぼ等しい。水溶液中の酸の単純な溶液の pH は、${\displaystyle K_{a}}$そして酸の濃度。弱酸溶液の場合、解離度に依存し、これは平衡計算によって決定できます。濃縮酸溶液、特にpH < 0の強酸の場合、${\displaystyle H_{0}}$値はpHよりも酸性度をより正確に表す指標である。

強酸とは、反応式に従って解離する酸のことである。

HA + S ⇌ SH ⁺ + A ⁻

ここで、Sは溶媒分子（水やジメチルスルホキシド（DMSO）などの分子）を表し、未解離種HAの濃度が測定できないほど低い場合である。実際的な目的においては、強酸は完全に解離していると言える。強酸の例としては過塩素酸がある。

HClO ₄ → H ⁺ + ClO − 4 (水溶液中)

酸${\displaystyle \mathrm {p} K_{a}}$約-2未満の値は強酸として作用します。これは、pH値が1以下の溶液の緩衝能力が非常に高いことに起因し、均質化効果として知られています。^{[ 3 ]}

以下は水溶液およびジメチルスルホキシド溶液中の強酸です。上記のように、解離が非常に強く促進されるため、HAの濃度、したがって値は${\displaystyle \mathrm {p} K_{a}}$実験的に測定することはできません。以下の表の値は、最大8つの異なる理論計算から得られた平均値です。

また、水の中でも

• 硝酸HNO₃_​${\displaystyle \mathrm {p} K_{a}=-1.6}$^{[ 5 ]}
• 硫酸H ₂ SO ₄ (最初の解離のみ、${\displaystyle \mathrm {p} K_{a1}\approx -3}$）^{[ 6 ]： 171}

有機化学において、以下の物質はプロトン化剤として使用できる。

• フルオロアンチモン酸H [ SbF6 _]
• 魔法の酸H [ FSO ₃ SbF ₅ ]
• カルボラン超酸H [ CHB ₁₁ Cl ₁₁ ]
• フルオロ硫酸H [ FSO ₃ ] (${\displaystyle \mathrm {p} K_{a}=-6.4}$）^{[ 7 ]}

p-トルエンスルホン酸（トシル酸）などのスルホン酸は、強有機オキシ酸の一種である。^{[ 7 ]}スルホン酸の中には固体として単離できるものもある。ポリスチレンを官能基化してポリスチレンスルホン酸塩にしたものは、固体の強酸である物質の一例である。

弱酸とは、溶媒に溶解した際に部分的に解離または部分的にイオン化する物質のことである。溶液中では、酸HAと解離生成物との間に平衡状態が存在する。

HA ⇌ H ⁺ + A ⁻

酸の解離過程によって溶媒（例えば水）の濃度が実質的に変化しない場合、この式から溶媒は省略される。弱酸の強さは解離定数で定量化できる。${\displaystyle K_{a}}$は次のように定義される。${\displaystyle {\ce {[X]}}}$これは、化学物質Xの濃度を表します。 $${\displaystyle K_{a}={\frac {[\mathrm {H} ^{+}][\mathrm {A} ^{-}]}{[\mathrm {HA} ]}}}$$ 数値が${\displaystyle K_{a}}$特定の濃度の酸を含む溶液中の解離の程度を決定するために使用できることが知られています。${\displaystyle T_{H}}$質量保存の法則を適用することによって。 $${\displaystyle {\begin{aligned}T_{H}&=[\mathrm {H} ^{+}]+[\mathrm {HA} ]\\&=[\mathrm {H} ^{+}]+{\frac {[\mathrm {A} ^{-}][\mathrm {H} ^{+}]}{K_{a}}}\\&=[\mathrm {H} ^{+}]+{\frac {[\mathrm {H} ^{+}]^{2}}{K_{a}}}\end{整列}}}$$ どこ${\displaystyle T_{H}}$は酸の分析濃度の値です。この方程式のすべての量を数値として扱うと、イオン電荷は表示されず、これは水素イオン濃度の値[ H ⁺ ]に関する二次方程式になります。 $${\displaystyle {\frac {[\mathrm {H} ^{+}]^{2}}{K_{a}}}+[\mathrm {H} ^{+}]-T_{H}=0}$$ この式は、弱酸溶液のpHがその${\displaystyle K_{a}}$弱酸の典型的な例としては、酢酸やリン酸などがある。シュウ酸（HOOC−COOH ）のような酸は、2つのプロトンを失って2分子の単純な塩基と反応することができるため、二塩基性であると言われている。リン酸（H ₃ PO ₄）は三塩基性である。^{[ 8 ]}

酸の強さのより厳密な扱いについては、酸解離定数を参照してください。これには、二塩基酸であるコハク酸などの酸が含まれますが、上記に示した溶液のpHを計算する簡単な方法は使用できません。^{[ 9 ]}

酸の強さは溶媒によって異なる。水中で強い酸は、塩基性の低い溶媒では弱くなる場合があり、水中で弱い酸は、塩基性の高い溶媒では強くなる場合がある。ブレンステッド・ローリーの酸塩基理論によれば、溶媒Sはプロトンを受け入れることができる。

HA + S ⇌ A ⁻ + HS ⁺

例えば、塩酸は純粋な酢酸（HO ₂ CCH _3）に溶解すると弱酸となり、水よりも塩基性が低い。

HO ₂ CCH ₃ + HCl ⇌ (HO) ₂ CCH + 3 + Cl ⁻

ハロゲン化水素酸の電離度は、HI > HBr > HCl の順に低下する。酢酸はこれら3つの酸を区別する溶媒であるが、水はそうではないと言われている。 ^{[ 6 ]： 217}

水よりも塩基性の高い溶媒の重要な例として、ジメチルスルホキシド（DMSO、(CH₃ ₎ ₂SO _）が挙げられます。水中では弱酸である化合物が、DMSO中では強酸になることがあります。酢酸はそのような物質の一例です。${\displaystyle \mathrm {p} K_{a}}$DMSOやその他の溶媒中の溶液中の値は、「非水溶媒中の酸性度-塩基性度データ」で確認できます。

超酸は、誘電率の低い溶媒中でも強い酸です。^{[ 11 ]}超酸の例としては、フルオロアンチモン酸やマジック酸などがあります。一部の超酸は結晶化できます。^{[ 12 ]}また、カルボカチオンを定量的に安定化することもできます。^{[ 13 ]}

気相および非水溶媒中でルイス塩基と反応するルイス酸はECWモデルに分類されており、酸の強さには一定の順序がないことが示されている。^{[ 14 ]} 一連の塩基に対するルイス酸の相対的な受容体強度は、他のルイス酸と比較してCBプロットで示すことができる。^{[ 15 ] [ 16 ]} ルイス酸の強さの順序を定義するには、少なくとも2つの特性を考慮する必要があることが示されている。定性的なHSAB理論では、2つの特性は硬度と強度であり、定量的なECWモデルでは、 2つの特性は静電的および共有結合的である。

• 酸の滴定-電位差滴定曲線のデータ分析とシミュレーションのためのフリーウェア