4.8. Свойства кислот и оснований тесно связаны со свойствами воды

Молекулы соляной, серной и азотной кислот, называемых обычно сильными кислотами, полностью ионизированы в разбавленных водных растворах. Аналогично молекулы сильных оснований NaOH и КОН также полностью ионизированы.

В биологии мы чаще встречаемся со слабыми кислотами и слабыми основаниями, которые при растворении в воде ионизируются не полностью. Примером слабой кислоты может служить уксусная кислота придающая уксусу кислый вкус; в качестве примера слабого основания можно привести аммиак водный раствор которого применяется для чистки различных предметов домашнего обихода. Слабые кислоты и основания - это обычные компоненты биологических систем, играющие важную роль в метаболизме и его регуляции. Поведение водных растворов слабых кислот и оснований легче будет понять, если дать сначала точные определения некоторых терминов.

Таблица 4-3. Некоторые сопряженные кислотно-основные пары. Каждая пара состоит из донора и акцептора протонов

Кислоты можно определить как доноры протонов, а основания как акцепторы протонов. Донор протона и соответствующий ему акцептор протона образуют сопряженную кислотно-основную пару (табл. 4-3). Примером сопряженной кислотно-основной пары могут служить уксусная кислота играющая роль донора протона, и ацетатанион выполняющий функцию акцептора протона; они связаны между собой следующей обратимой реакцией:

Характерная особенность каждой кислоты состоит в том, что в водном растворе она стремится отщепить свой протон. Чем сильнее кислота, тем сильнее выражена эта тенденция. Способность любой кислоты НА отщеплять протон и образовывать сопряженное с ней основание А - характеризуется константой равновесия обратимой реакции

равной

Константы равновесия таких реакций чаще называются константами ионизации или константами диссоциации. Численные значения констант диссоциации некоторых кислот, часто обозначаемых символом (индекс «а» от англ. acid — кислота), приведены в табл. 4-4. Обратите внимание, что все эти кислоты различаются по своей способности отдавать протон. Для более сильных кислот, таких, как муравьиная или молочная, характерны более высокие значения констант диссоциации, тогда как для более слабых кислот, к которым относятся, например, ион - более низкие значения. Одна из наиболее слабых кислот, приведенных в табл. 4-4, , обладающий лишь весьма слабо выраженной способностью отдавать протон, о чем свидетельствует очень низкое значение константы диссоциации.

Таблица 4-4. Константы диссоциации и величины рК некоторых широко распространенных кислот при 25°С

Сопряженное основание этой кислоты, аммиак очень легко присоединяет протон.

В табл. 4-4 приведены величины определяемые уравнением

Символ , так же как и в случае pH, означает «отрицательный логарифм». Чем легче диссоциирует кислота, тем меньше значение ее . Как мы сейчас увидим, определение величины любой слабой кислоты не представляет особого труда.