過去我們曾經學過

酸可以依照解離出氫離子比例多寡

分為「強酸」及「弱酸」

一般我們將氫離子可近乎完全解離的酸

歸類為「強酸」

其他的酸則歸類為「弱酸」

講到這裡

同學們可能會想到

不同的弱酸

解離出氫離子的程度一定有所不同

將它們通稱為弱酸似乎有點籠統

那我們如何用量化的方式表達「酸」的強度呢？

在影片「【觀念】平衡常數與反應式的關係」中

我們學到了可逆反應平衡常數的表示法

而弱酸的解離也是一種可逆的動態平衡

酸會解離成氫離子與酸根離子

氫離子與酸根離子也會結合成酸

所以可以用畫面中的可逆反應式表示

科學家將酸的解離反應之平衡常數

稱為酸的解離常數

簡稱Ka

不同的酸有不同的Ka值

若酸的解離度較大

代表在固定的酸濃度下

氫離子與酸根離子的濃度會較大

所以Ka會較大

也就是說

在固定濃度下

酸的Ka值越大

其解離度越大

酸性越強

強酸的氫離子近乎完全解離

可將Ka視為無限大

例如過氯酸

同學們請試著回答這個問題

參考附表

在25度C時

請問相同濃度的甲酸、乙酸

何者酸性較強？

接著再試試看這個問題

在25度C時

請問相同濃度的氰根離子、氟離子

何者鹼性較強？

我們除了可以使用酸的解離常數Ka

判斷酸性強度之外

也可以將Ka用來計算水溶液中的氫離子濃度

pH值以及解離度等

接著我們用25度C

0.1 M的醋酸水溶液為例進行計算

首先

寫出醋酸解離的反應式

然後再寫出醋酸Ka的表示式

解離反應開始前

醋酸的濃度是0.1 M

而離子的濃度皆為0

接著x M的醋酸分子發生解離反應

由反應式的係數比

可得知分別生成了x M的氫離子以及醋酸根離子

反應達平衡時

醋酸分子

氫離子

醋酸根離子的濃度分別如畫面所示

已知醋酸的Ka值為1.8乘10的負五次方

我們將Ka值與平衡濃度代入公式

可列出畫面中的等式

由於x相較於0.1是很小的數值

因此可將0.1減x視為0.1

計算可得x等於1.3乘10的負三次方

也就是在0.1 M的醋酸水溶液中

氫離子的濃度為1.3乘10的負三次方 M

可進一步求得pH值為2.9

解離度為1.3%

請同學計算25度C

0.01 M的醋酸水溶液中的氫離子濃度

pH值以及解離度

我們比較一下

25度C時0.1 M與0.01 M的醋酸水溶液

發現濃度較高的醋酸水溶液

其氫離子濃度較高

pH值較低、解離度也較低

我們可以用勒沙特列原理

來推論平衡的移動

醋酸解離的反應式如畫面所示

將0.01 M的醋酸水溶液

視為0.1 M的醋酸水溶液加水稀釋為10倍體積

依勒沙特列原理

將0.1 M的醋酸水溶液加水稀釋的瞬間

所有物質的濃度皆變為十分之一

接著平衡向右移動

氫離子濃度雖然會增加

但無法回復到原本的濃度

因此濃度較高的醋酸水溶液

其氫離子濃度較高

同時pH值也較低

但解離度較低

同學們還記得哪些因素

會影響平衡常數的大小呢？

沒錯

答案就是物質的本性及溫度

影片中介紹的酸的解離常數Ka

屬於平衡常數的一種

因此也會受物質的本性影響

如剛才所提過的

不同種類的酸會有不同的Ka值

而酸的解離反應會伴隨能量的改變

例如溫度改變時

平衡會移動

Ka也隨之變化

讓我們整理一下今天學到的重點內容：

酸解離反應的平衡常數

稱為酸的解離常數Ka

我們可以利用Ka來評估酸的強度

也可以計算酸的水溶液中的氫離子濃度

pH值以及解離度

相同濃度下

酸的Ka越大

代表酸性越強

解離度越高

對於定溫下的同一種酸而言

濃度越高

酸性越強

解離度越低

想想看

若是將濃度高低視為在單位體積中的粒子數

如畫面所示

如果由微觀粒子模型的角度出發

該如何解釋「濃度越高、解離度越低」的現象？

歡迎在影片下方留言區告訴我們你的答案

我們下次見