이온화 상수

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화학에서 해리 상수(dissociation constant)또는 이온화 상수(ionization constant)는 이온화 반응의 평형 상수로서 기호 K_d로 나타낸다.

\mathrm A_x \mathrm B_y \Longleftrightarrow\ x\mathrm A^+ + y\mathrm B^-

위 반응에서 전해질 AB가 수용액 속에서 평형을 이뤘을 때, 각 물질의 농도를 [\mathrm A_x \mathrm B_y], [\mathrm A^+], [\mathrm B^-]라고 하면, 이 반응의 이온화 상수는

K_d = {[\mathrm A^+]^x \cdot [\mathrm B^-]^y \over [\mathrm A_x \mathrm B_y]}

이 된다.

K_d값은 그냥 쓰기엔 너무 작은 수이므로 보통은 역로그 값을 취해 사용하고 \mathrm pK_d로 표시한다.

\mathrm pK_d = - \log K_d

산 해리상수[편집]

반응물에서 해리되는 정도인 평형상수 값으로 산이나 염기의 세기를 측정할 수 있다. 아레니우스 산-염기 개념을 적용하면 K_\mathrm{H^+}, K_\mathrm{OH^-}으로 산, 염기 세기를 나타낼 수 있다. 하지만 아레니우스의 개념보다 브뢴스테르-로우리 산-염기 개념이나 루이스 산-염기 개념을 적용하면 보다 넓은 범위에서 설명을 할 수 있기 때문에 K_\mathrm{H^+}를 주로 산-염기 세기의 척도로 사용한다. 의 탈수소화(deprotonation) 반응에 있어 반응상수 K 해리상수(acid dissociation constant)인 K_a 이다.

  • 일반 반응식: \mathrm H_x \mathrm B \Longleftrightarrow\ x\mathrm H ^ + + \mathrm B ^ -
  • 산 해리상수: K_a = {[\mathrm H ^ +]^x \cdot [\mathrm B ^ -] \over [\mathrm H_x \mathrm B]}
온도에 따른 물의 이온화 상수
물의 온도 Kd/10-14 pKd
0°C 0.1 14.92
10°C 0.3 14.52
18°C 0.7 14.16
25°C 1.2 13.92
30°C 1.8 13.75
50°C 8.0 13.10
60°C 12.6 12.90
70°C 21.2 12.67
80°C 35 12.46
90°C 53 12.28
100°C 73 12.14

물의 이온화 상수(K_d)는 K_w(water dissociation constant)로 나타낸다.

K_w = \mathrm{[H^+] \cdot [OH^-] \over [H_2O]}

해리상수는 황산 이나 인산과 같은 강한 산에서는 값이 크지만 아세트산과 같은 약산에서는 값이 작다. 분자가 수소이온(양성자)을 내어놓는 수만큼 해리상수 값의 개수가 정해진다. 일차산(e.g. 아세트산이나 암모늄이온)은 1개, 이차산(탄산, 중탄산, 글리신)은 2개, 3차산(e.g. 인산)은 3개의 산 해리상수값을 가진다. 여러 개의 pK 값을 가지는 경우 pK1, pK2, pK3등과 같이 산해리상수 색인에 표시된다. 아미노산의 경우 pK1값은 카복실기(carboxyl, -COOH) 기에 의한 것이고, pK2아미노 (-NH3) 기에 의한 것이며, pK3는 다른 작용기에 의한 pK 값이다.


\begin{array}{|l|l|l|}\mbox{reaction formation} & \mbox{acid dissociation constant} & \mbox{logged} \\
\hline 
\mathrm{ H_3 B \Longleftrightarrow\ H ^ + + H_2 B ^ -} & K_1 = \mathrm{[H ^ +] \cdot [H_2 B ^ -] \over [H_3 B]} & \mathrm pK_1 = - \log  K_1 \\
\mathrm{H_2 B ^ - \Longleftrightarrow\ H ^ + + H B ^ {-2}} & K_2 = \mathrm{[H ^ +] \cdot [H B ^{-2} ] \over [H_2 B^ -]} & \mathrm pK_2 = - \log  K_2 \\
\mathrm{H B  ^{-2} \Longleftrightarrow\ H ^ + +  B ^{-3}} & K_3 = \mathrm{[H ^ +] \cdot [ B ^ {-3}] \over [H B ^ {-2} ]} & \mathrm pK_3 = - \log  K_3
\end{array}