이온화 상수 문서 원본 보기

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{{산과 염기}}

[[화학]]에서 '''해리 상수'''(dissociation constant) 또는 '''이온화 상수'''(ionization constant)는 이온화 반응의 [[평형 상수]]로서 기호 <math>K_d</math>로 나타낸다.
 
:<math>\mathrm A_x \mathrm B_y \Longleftrightarrow\ x\mathrm A^+ + y\mathrm B^-</math>

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

:<math>K_d = {[\mathrm A^+]^x \cdot [\mathrm B^-]^y \over [\mathrm A_x \mathrm B_y]}</math>

이 된다.

<math>K_d</math>값은 그냥 쓰기엔 너무 작은 수이므로 보통은 [[로그|역로그]] 값을 취해 사용하고 <math>\mathrm pK_d</math>로 표시한다.
:<math>\mathrm pK_d = - \log K_d </math>

== 산 해리상수 ==

반응물에서 해리되는 정도인 평형상수 값으로 산이나 염기의 세기를 측정할 수 있다. 산이온화상수라고도 한다. 산해리상수 값이 클수록 이온화가 잘 되는 것이므로 센산이다. 이온화가 여러 단계로 일어나는 경우에는 각 단계마다 산해리상수를 나타낼 수 있다.
[[아레니우스]] 산-염기 개념을 적용하면 <math>K_\mathrm{H^+}</math>, <math>K_\mathrm{OH^-}</math>으로 산, 염기 세기를 나타낼 수 있다. 하지만 아레니우스의 개념보다 [[브뢴스테르]]-[[로우리]] 산-염기 개념이나 [[길버트 뉴턴 루이스|루이스]] 산-염기 개념을 적용하면 보다 넓은 범위에서 설명을 할 수 있기 때문에 <math>K_\mathrm{H^+}</math>를 주로 산-염기 세기의 척도로 사용한다.
[[산 (화학)|산]]의 탈수소화(deprotonation) 반응에 있어 반응상수 ''K''는 [[산 (화학)|산]] [[해리상수]](acid dissociation constant)인 <math>K_a</math>이다.

* 일반 반응식: <math>\mathrm H_x \mathrm B \Longleftrightarrow\ x\mathrm H ^ + + \mathrm B ^ -</math>
* 산 해리상수: <math>K_a = {[\mathrm H ^ +]^x \cdot [\mathrm B ^ -] \over [\mathrm H_x \mathrm B]}</math>

* 염기의 이온화 상수,(<math>K_b</math> (base ionization constant))
:<math>K_b = \mathrm{[BH^+] \cdot [OH^-] \over [B]}</math>
예를 들어, 암모니아가 물에 녹을 때 평형 상수는 다음과 같다.<br>

'''NH3 + H2O → NH4+ + OH-'''<br>
:<math>K = \mathrm{[NH^{4+}] \cdot [OH^-] \over [NH^3]\cdot [H_2O]}</math>
물의 전체농도와 비교해보면 이 반응에 의해서 소모된 물 분자의 수는 매우 작기 때문에 [H2O]는 상수로 간주한다.<br>
따라서 이 이온화 반응의 평형 상수인 염기 이온화 상수는 다음과 같다.<br>
:<math>K_b = K[H_2O] = \mathrm{[NH^{4+}] \cdot [OH^-] \over [NH^3]}= 1.8*10^{-5}</math>

{| class="wikitable" align="right"
|+온도에 따른 물의 이온화 상수
! valign="bottom" align="left" | 물의 온도
! valign="bottom" align="left" | ''K<sub>d</sub>''/10<sup>-14</sup>
! valign="bottom" align="left" | p''K<sub>d</sub>''
|-----
| valign="bottom" align="left" | 0&nbsp;°C
| valign="bottom" align="left" | 0.1
| valign="bottom" align="left" | 14.92
|-----
| valign="bottom" align="left" | 10&nbsp;°C
| valign="bottom" align="left" | 0.3
| valign="bottom" align="left" | 14.52
|-----
| valign="bottom" align="left" | 18&nbsp;°C
| valign="bottom" align="left" | 0.7
| valign="bottom" align="left" | 14.16
|-----
| valign="bottom" align="left" | 25&nbsp;°C
| valign="bottom" align="left" | 1.2
| valign="bottom" align="left" | 13.92
|-----
| valign="bottom" align="left" | 30&nbsp;°C
| valign="bottom" align="left" | 1.8
| valign="bottom" align="left" | 13.75
|-----
| valign="bottom" align="left" | 50&nbsp;°C
| valign="bottom" align="left" | 8.0
| valign="bottom" align="left" | 13.10
|-----
| valign="bottom" align="left" | 60&nbsp;°C
| valign="bottom" align="left" | 12.6
| valign="bottom" align="left" | 12.90
|-----
| valign="bottom" align="left" | 70&nbsp;°C
| valign="bottom" align="left" | 21.2
| valign="bottom" align="left" | 12.67
|-----
| valign="bottom" align="left" | 80&nbsp;°C
| valign="bottom" align="left" | 35
| valign="bottom" align="left" | 12.46
|-----
| valign="bottom" align="left" | 90&nbsp;°C
| valign="bottom" align="left" | 53
| valign="bottom" align="left" | 12.28
|-----
| valign="bottom" align="left" | 100&nbsp;°C
| valign="bottom" align="left" | 73
| valign="bottom" align="left" | 12.14
|}
* 물의 이온화 상수(<math>K_d</math>)는 <math>K_w</math>(water dissociation constant)로 나타낸다.
:<math>K_w = \mathrm{[H^+] \cdot [OH^-] \over [H_2O]}</math>

순수한 물이 자동 이온화하여 평형 상태를 이룰 때 이온 농도의 곱<br>

물의 이온화 상수(<math>K_w</math>)는 온도가 높을수록 커짐→물의 이온화 과정은 흡열 반응이기 때문<br>

25 °C에서 Kw=[H3O+] [OH-]=1.0×10-14 이므로, 25°C의 순수한 물에서 [H3O+]=[OH-]=1.0×10-7M 로 일정하다.<br>

* 해리상수는 [[황산]]이나 [[인산]]과 같은 강한 산에서는 값이 크지만 [[아세트산]]과 같은 약산에서는 값이 작다. 분자가 수소이온(양성자)을 내어놓는 수만큼 해리상수 값의 개수가 정해진다. 일차산(e.g. [[아세트산]]이나 [[암모늄]]이온)은 1개, 이차산([[탄산]], [[중탄산]], [[글리신]])은 2개, 3차산(e.g. [[인산]])은 3개의 산 해리상수값을 가진다. 여러 개의 p''K'' 값을 가지는 경우 p''K''<sub>1</sub>, p''K''<sub>2</sub>, p''K''<sub>3</sub>등과 같이 산해리상수 색인에 표시된다. 예를 들어, 다양성자산인 인산(H3PO4)의 산 해리 상수는 각각
Ka1 = 7.5×10^(-3), Ka2 = 6.2×10^(-8), Ka3 = 4.8×10^(-13)이다.<br>
또, 아미노산의 경우 p''K''<sub>1</sub>값은 [[카복실기]](carboxyl, -COOH) 기에 의한 것이고, p''K''<sub>2</sub>는 [[아미노]] (-NH<sub>3</sub>) 기에 의한 것이며, p''K''<sub>3</sub>는 다른 작용기에 의한 p''K'' 값이다.

<math>
\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}
</math>

{| class="wikitable"
|+몇 가지 약산과 그 짝염기의 이온화 상수(25 °C)
|-
! 약산 !! 이온화 상수(Ka) !! 짝염기 !! 이온화 상수(Kb)
|-
| 
플루오린화 수소산(HF)
 || 7.1×10⁻⁴ || F- || 1.4×10⁻¹¹
|-
| 
아질산(HNO2)
|| 4.5×10⁻⁴ || NO2- || 2.2×10⁻¹¹
|-
| 
아스피린(C9H8O4)
|| 3.0×10⁻⁴ || C9H7O4- || 3.3×10⁻¹¹
|-
| 
폼산(HCOOH)
|| 1.7×10⁻⁴ ||  HCOO- || 5.9×10⁻¹¹
|-
| 
아스코브산(C6H8O6)
|| 8.0×10⁻⁵ || C6H7O6- || 1.3×10⁻¹⁰
|-
| 
벤조산(C7H6O2)
|| 6.5×10⁻⁵ || C6H5COO- || 1.5×10⁻¹⁰
|-
| 
아세트산(C2H4O2)
|| 1.8×10⁻⁵|| CH3COO- || 5.6×10⁻¹⁰
|}

{| class="wikitable"
|+몇 가지 약염기와 그 짝산의 이온화 상수(25 °C)
|-
! 약염기 !! 이온화 상수(Kb) !! 짝산 !! 이온화 상수(Ka)
|-
| 
에틸아민(C2H7N)
|| 5.6×10⁻⁴ || C2H5N+H3 || 1.8×10⁻¹¹
|-
| 
메틸아민(CH5N)
|| 4.4×10⁻⁴ || CH3N+H3 || 2.3×10⁻¹¹
|-
| 
암모니아(NH3)
|| 1.8×10⁻⁵ || NH4+ || 5.6×10⁻¹⁰
|-
| 
피리딘(C5H5N)
|| 1.7×10⁻⁹ ||  C5H5N+H || 5.9×10⁻⁶
|-
| 
아닐린(C6H7N)
|| 3.8×10⁻¹⁰ || C6H5N+H3 || 2.6×10⁻⁵
|-
| 
카페인(C8H10N4O2)
|| 5.3×10⁻¹⁴ || C8H11N4+O2 || 0.19
|-
| 
요소((NH2)2CO)
|| 1.5×10⁻¹⁴ || H2NCON+H3|| 0.67
|}
== 같이 보기 ==
* [[산 (화학)]]
* [[평형 상수]]
* [[경쟁적 저해]]
* [[수소 이온 농도 지수]]


{{전거 통제}}

[[분류:평형화학]]
[[분류:효소반응속도론]]