Константа кислотности — термодинамическая константа равновесия, выраженная через концентрации и относящаяся к процессу диссоциации кислоты в неком растворителе.
Здесь нужно учитывать два ключевых аспекта: (1) чем больше Ka, тем сильнее кислота, и (2) константа кислотности зависит от растворителя и температуры. Здесь и далее в таблице приводятся значения для водного раствора и 25°C.
Рассмотрим одноосновную кислоту HA: она должна быть слабой или средней силы. В растворе кислота будет частично диссоциировать на ионы, отдавая протоны:
HA + H2O ⇄ H+(р-р) + A−(р-р)
Этот процесс описывается термодинамической константой равновесия, которую в данном случае и называют константой кислотности:
K_a = \frac{[\text{H}^+][\text{A}^-]}{[\text{HA}]}
Если кислота многоосновная, то для неё отдельно прописываются ступенчатые константы кислотности. Тогда они обозначаются как K_{a, 1}, K_{a, 2} и так далее.
Например, ортофосфорная кислота диссоциирует в растворе по трём ступеням. Запишем эти реакции и константы для них:
H3PO4 ⇄ H+ + H2PO4− \quad K_{a, 1} = \frac{[\text{H}^+][\text{H}_2\text{PO}_4^-]}{[\text{H}_3\text{PO}_4]}
H2PO4− ⇄ H+ + HPO42− \quad K_{a, 2} = \frac{[\text{H}^+][\text{HPO}_4^{2-}]}{[\text{H}_2\text{PO}_4^-]}
HPO42− ⇄ H+ + PO43− \quad K_{a, 3} = \frac{[\text{H}^+][\text{PO}_4^{3-}]}{[\text{HPO}_4^{2-}]}
Если же речь идёт о аквакомплексах металлов, то и они могут выступать в качестве кислот. В таком случае один аква-лиганд H2O превращается в гидроксолиганд OH−, отдавая протон H+ в раствор. Например:
[Cu(H2O)6]2+ ⇄ [Cu(H2O)5(OH)]+ + H+
Более упрощённо это записывают так:
Cu2+ ⋅ H2O ⇄ CuOH+ + H+
Суть от этого не меняется, и константу кислотности можно записать так:
K_a = \frac{[\text{CuOH}^+][\text{H}^+]}{[\text{Cu}^{2+} \cdot \text{H}_2\text{O}]}
Всё дело в самой сути процесса равновесия. Константу равновесия имеет смысл вводить только в том случае, когда процесс обратимый.
Сильные кислоты называются сильными именно потому, что диссоциируют полностью (или почти полностью) в водном растворе, то есть, этот процесс необратим:
HCl → H+ + Cl−
Таким образом, значение «типо константы» для такого процесса будет где-то недалеко от плюс бесконечности. Это совершенно не имеет физического смысла, поэтому соляной HCl, азотной HNO3, серной H2SO4 кислот здесь нет и никогда не будет.
| Кислота ⇄ протон + основание | Константа кислотности (равновесия) |
|---|---|
| B(OH)3 · H2O ⇄ H+ + | 5,75 · 10−10 |
| Ag+ · H2O ⇄ H+ + AgOH | 1,02 · 10−12 |
| Al3+ · H2O ⇄ H+ + AlOH2− | 9,55 · 10−6 |
| Be2+ · H2O ⇄ H+ + BeOH+ | 2,00 · 10−6 |
| HBrO3 ⇄ H+ + BrO3− | 2,00 · 10−1 |
| HBrO ⇄ H+ + BrO− | 2,06 · 10−9 |
| Cd2+ · H2O ⇄ H+ + CdOH+ | 2,40 · 10−8 |
| CH3COOH ⇄ H+ + CH3COO− | 1,74 · 10−5 |
| HClO2 ⇄ H+ + ClO2− | 1,07 · 10−2 |
| HClO ⇄ H+ + ClO− | 2,82 · 10−8 |
| HCN ⇄ H+ + CN− | 4,93 · 10−10 |
| HCO3− ⇄ H+ + CO32− | 4,68 · 10−11 |
| Co2+ · H2O ⇄ H+ + CoOH+ | 1,26 · 10−9 |
| Cr3+ · H2O ⇄ H+ + CrOH2+ | 1,12 · 10−4 |
| Cu2+ · H2O ⇄ H+ + CuOH+ | 4,57 · 10−8 |
| HF ⇄ H+ + F− | 6,67 · 10−4 |
| Fe2+ · H2O ⇄ H+ + FeOH+ | 1,82 · 10−7 |
| Fe3+ · H2O ⇄ H+ + FeOH2+ | 6,76 · 10−3 |
| H2(PHO3) ⇄ H+ + H(PHO3)− | 1,00 · 10−2 |
| H3PO4 ⇄ H+ + H2PO4− | 7,24 · 10−3 |
| H4SiO4 ⇄ H+ + H3SiO4− | 1,58 · 10−10 |
| H2C2O4 ⇄ H+ + HC2O4− | 6,46 · 10−2 |
| H2CO3 ⇄ H+ + HCO3− | 4,27 · 10−7 |
| HCOOH ⇄ H+ + HCOO− | 1,78 · 10−4 |
| H2F2 ⇄ H+ + HF2− | 2,63 · 10−3 |
| Hg2+ · H2O ⇄ H+ + HgOH+ | 2,63 · 10−4 |
| H2O2 ⇄ H+ + HO2− | 2,38 · 10−12 |
| H2PO4− ⇄ H+ + HPO42− | 6,17 · 10−8 |
| H2S ⇄ H+ + HS− | 1,05 · 10−7 |
| H2Se ⇄ H+ + HSe− | 1,55 · 10−4 |
| H2SeO3 ⇄ H+ + HSeO3 | 2,45 · 10−3 |
| SO2 · H2O ⇄ H+ + HSO3− | 1,66 · 10−2 |
| H2Te ⇄ H+ + HTe− | 2,29 · 10−3 |
| HIO3 ⇄ H+ + IO3− | 1,69 · 10−1 |
| Mg2+ · H2O ⇄ H+ + MgOH+ | 3,80 · 10−12 |
| Mn2+ · H2O ⇄ H+ + MnOH+ | 2,57 · 10−11 |
| N2H5+ ⇄ H+ + N2H4 * H2O | 5,89 · 10−9 |
| HN3 ⇄ H+ + N3− | 1,90 · 10−5 |
| NH3OH+ ⇄ H+ + NH2OH * H2O | 9,35 · 10−7 |
| NH4+ ⇄ H+ + NH3 * H2O | 5,75 · 10−10 |
| Ni2+ · H2O ⇄ H+ + NiOH+ | 1,20 · 10−11 |
| HNO2 ⇄ H+ + NO2− | 5,13 · 10−4 |
| Pb2+ · H2O ⇄ H+ + PbOH+ | 7,08 · 10−7 |
| H(PH2O2) ⇄ H+ + PH2O2− | 7,94 · 10−2 |
| HPO42− ⇄ H+ + PO43− | 4,57 · 10−13 |
| HS− ⇄ H+ + S2− | 1,23 · 10−13 |
| HSe− ⇄ H+ + Se2− | 1,00 · 10−11 |
| HSeO3− ⇄ H+ + SeO32− | 4,79 · 10−9 |
| Sn2+ · H2O ⇄ H+ + SnOH+ | 7,94 · 10−3 |
| HSO3− ⇄ H+ + SO32− | 6,31· 10−8 |
| HTe− ⇄ H+ + Te2− | 6,76 · 10−13 |
| Zn2+ · H2O ⇄ H+ + ZnOH+ | 2,04 · 10−8 |