薬剤師国家試験過去問題集　物理・薬剤　酸塩基平衡　98回問50

本ページでは、弱酸性物質におけるpHの変化に対する分子形とイオン形の存在比（分率）の変化について解説しています。

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酸となる物質（HA）はプロトン（H＋）を放出して陰イオン形（A：−）となり、A：−はプロトンを受け取ってHAになる。A：−を酸（HA）の共役塩基と呼ぶ。

 

上記�@の酸HAと共役塩基A−の酸塩基平衡の平衡定数は下記の通りである。

 

上のKにおいて、一般に水溶液では水の濃度は他よりも圧倒的に高いので、
[H2O]（水の濃度）を55.6Mの一定値とし、K×[H2O]＝Kaと定める。

 

このKaをHAの酸解離定数と呼ぶ。酸解離定数（Ka）は一定条件下でそれぞれの物質が固有の値を示す。

 

ここで、H3O+をH+とすると次が成り立つ。

 

 

この式は弱酸性物質のヘンダーソン・ハッセルバルヒの式と呼ばれ、
溶液のpH，HAのpKa，分子形濃度［HA］，イオン形濃度［A−］の関係式として重要である。

 

これを変形すると、

 

 

（1）式より、弱酸性物質のあるpHにおけるHA（分子形）とA−（陰イオン形）の存在割合（存在比）がわかる。

 

（1）式を用い、弱酸性物質のpH=pKa−2，pKa−1，pKa，pKa+1，pKa+2の時の分子形HAとイオン形A−の存在割合（存在比）を計算してみる。

 

 

・pH=pKa−2の時

 

 

 

・pH=pKa−1の時

 

 

 

・pH=pKaの時

 

 

 

・pH=pKa＋1の時

 

 

 

・pH=pKa＋2の時

 

 

 

以上より、弱酸性薬物におけるpHの変化に対する分子形とイオン形の存在比（分率）について、次のように考えられる。

 

・弱酸性物質では、pHが上昇するのに伴い、分子形HAの存在割合（存在比）は低下し、陰イオン形A−の存在割合（存在比）は上昇する。

 

・弱酸性物質では、pHが低下するのに伴い、分子形HAの存在割合（存在比）は上昇し、陽イオン形A−の存在割合（存在比）は低下する。

 

・pHがpKaより2以上低い値の場合（pH≦pKa−2）、ほとんど分子形HAで存在している（分子形分率が99％以上）。

 

・pHがpKaと等しい場合(pH=pKa)、分子形HAとイオン形A−の存在比は1：1である（分子形とイオン形の分率が50％ずつ）。分子形とイオン形の濃度が等しい。

 

・pHがpKaより2以上高い値の場合（pH≧pKa＋2）、ほとんどイオン形A−で存在している（イオン形分率が99％以上）。

 

 

下図は1価の弱酸性物質における溶液のpHと分子形（HA）および陰イオン形（A−）の存在比の関係を示す曲線である。

 

 

 

なお、弱塩基性物質におけるpHの変化に対する分子形・イオン形の分率・存在比の変化については、下記の別ページで解説しているので、併せて参照していただきたい。

 

弱塩基性物質におけるpHの変化に対する分子形・イオン形の存在比（分率）の変化　へ

 

★参考外部サイトリンク
pHおよび解離定数（yakugaku labさん）

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