Ka = K[H₂O] と Kb = K[H₂O] の関係とその理由

高校化学で学ぶ電離平衡に関する疑問に答えるため、今回はKaとKbがK[H₂O]となる理由を解説します。これらは電離定数の定義に基づくもので、化学反応における水の役割について理解することが重要です。

電離平衡と水の役割

まず、電離平衡とは、化学反応が一定の速さで進行し、前反応と後反応の速度が等しくなる状態です。酸や塩基が水に溶けると、酸や塩基が電離し、水と反応することでpHに影響を与えます。この時、水分子（H₂O）は反応に参加しており、その濃度は通常変わらないと仮定します。

Ka = K[H₂O]とKb = K[H₂O] の理由

KaとKbは、それぞれ酸と塩基の解離定数です。これらの定数は、水の反応における重要な要素であり、酸と塩基の解離平衡における定数です。水は極めて安定した溶媒であり、その濃度は非常に高く（55.5 mol/L）ほとんど一定です。このため、KaやKbの計算において水の濃度は一定と見なされます。したがって、KaやKbには水の濃度が含まれた形で表されることが多いです。

たとえば、酸HAが水に溶けると次のような解離反応が起こります。

HA ⇌ H⁺ + A⁻

この反応の解離定数Kaは次のように表されます。

Ka = [H⁺][A⁻] / [HA]

ここで水の濃度[H₂O]が非常に高いため、通常はKa = K[H₂O] と考えられます。これと同様に、塩基のKbも水の濃度を考慮する形で計算されます。

なぜ水の濃度が一定とされるのか

水の濃度は化学反応においてほとんど変化しません。水は通常1リットルあたり55.5モルの濃度を持ち、この値は反応中にほとんど減少しないため、KaやKbの計算において水の濃度を変数として含める必要はありません。そのため、水の濃度[H₂O]は単純に定数と見なされ、式の中に含まれることになります。

まとめ

Ka = K[H₂O] や Kb = K[H₂O] となるのは、化学反応における水の役割とその濃度がほとんど変化しないことに起因しています。水は非常に高い濃度で存在しているため、電離定数の計算においては水の濃度を一定と見なしてよいのです。この理解をもとに、酸や塩基の反応やpHの変化を適切に評価することができます。