化学では、水素イオン指数$\rm{pH}$と酸解離定数$\rm{p}\it{K}_\rm{a}$を用いて議論を行う機会は非常に多い。内容的には特に難しいものではないが、基本ということもあり、ここに書き留める。
（筆者のLaTeX練習も兼ねている)
$\rm{pH}$は$\ce{H+}$の量を示し、$\rm{p}\it{K}_\rm{a}$は酸の強さを表す数値である。
はじめに、$\rm{pH}$と$\rm{p}\it{K}_\rm{a}$の定義や関係性をまとめる。あるブレンステッド酸$\rm{HA}$が
$\ce{HA} \rightleftarrows \ce{H+} + \ce{A-}……(1)$
のような平衡状態にあり、$\ce{HA, H+, A-}$の濃度を$[\ce{HA}], [\ce{H+}], [\ce{A-}]$（単位:$\rm{mol/L}$）と表現したとき、$\rm{pH}$と$\rm{p}\it{K}_\rm{a}$は
$\rm{pH} = -\log_{10}\ce{[H+]}……(2)$
$\rm{p}\it{K}_\rm{a}=-\log_{10}\frac{[\ce{H+}][\ce{A-}]}{[HA]}……(3)$
と定義され、$\rm{pH}$に関しては[$\ce{H+}$]が分かっていれば計算できるし、逆に$\rm{pH}$が分かっていれば$[\ce{H+}]$を計算で出せる。
一方で$\rm{p}\it{K}_\rm{a}$はもう少し複雑で、$[\ce{HA}], [\ce{H+}], [\ce{A-}]$の3つの値を何らかの形で得なければならない（理論計算なり、滴定などの実験なり）。最初に$\ce{HA}$だけが存在して、電離によって$\ce{H+, A-}$が生成するという単純な系であれば、$[\ce{H+}]=[\ce{A-}]$を利用して$\rm{p}\it{K}_\rm{a}$を求めることはできるが、ほかの試薬も共存していたら非常に面倒な計算となる。
幸い、現在では様々な酸の$\rm{p}\it{K}_\rm{a}$は知られているので、計算で求めることは少ないとは思うが、手計算だと面倒、ということは知っておいてもいいかもしれない。
計算の大変さはさておき、式(3)が示すのは、[$\ce{H+}$]または[$\ce{A-}$]が大きくなるほど、または[$\ce{HA}$]が小さくなるほど、$\rm{p}\it{K}_\rm{a}$が小さくなっていくということである。逆に言うと、$\rm{p}\it{K}_\rm{a}$が小さいということは、多数の$\ce{HA}$が電離して$\ce{H+}$と$\ce{A-}$という形になっていることを意味する。
以上より、$\rm{p}\it{K}_\rm{a}$が酸の強さの尺度として用いられる、ということになる。
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