Una costante di dissociazione è una misura di quanto facilmente un composto si dividerà in ioni quando aggiunto a un solvente. I composti che hanno un’elevata costante di dissociazione favoriscono il lato destro dell’equilibrio, cioè la formazione di ioni. L’uso più comune delle costanti di dissociazione è determinare la forza di acidi e basi in soluzioni acquose.
Johannes Nicolaus Brønsted e Thomas Martin Lowry hanno definito gli acidi come donatori di protoni e le basi come accettori di protoni. Quando aggiunto all’acqua, un composto acido si ionizzerà facilmente, donando un atomo di idrogeno caricato positivamente, o protone. La forza dell’acido che si forma è correlata alla stabilità dello ione formato quando viene donato l’atomo di idrogeno.
Un acido della formula generale HA si dissocia in acqua come descritto dall’equazione HA + H2O -> H+(aq) + A-(aq), dove H2O è acqua, H+ è uno ione idrogeno caricato positivamente, chiamato anche protone, e A- è lo ione negativo formato quando viene donato il protone. La costante di dissociazione acida Ka è uguale a [H+][A-]/[HA], dove le parentesi quadre indicano le concentrazioni dei rispettivi composti o ioni. Gli acidi forti favoriscono la destra di questa equazione e gli acidi deboli, come l’acido acetico, si dissociano solo leggermente, il che significa che favoriscono il lato sinistro dell’equazione.
Quando aggiunto all’acqua, l’acido cloridrico si dissocia facilmente per formare acido cloridrico. Il valore Ka per l’acido cloridrico è compreso tra 106 moli per litro e 107 moli per litro. Ciò significa che ci saranno centinaia di migliaia di ioni dissociati in più rispetto alle molecole non dissociate nell’acido cloridrico. La misurazione della concentrazione di ioni idrogeno in una soluzione è un altro metodo per misurare la forza dell’acido. Questo è chiamato potenz idrogeno (pH) ed è dato dall’equazione pH=-log10[H+]. Le soluzioni fortemente acide con un’elevata concentrazione di H+ hanno un pH basso.
L’acqua ha anche proprietà acide, anche se molto meno dell’acido cloridrico o addirittura dell’acido acetico. La conduttività elettrica di una soluzione dipende dalla presenza di ioni all’interno di quella soluzione, quindi la forza di un acido può essere determinata misurando la sua conduttività usando un elettrodo. Ne consegue che l’acqua distillata completamente pura dovrebbe essere non conduttiva, ma non è così. Questo perché l’acqua si dissocia da sola per formare ioni idrogeno e idrossido. Questa dissociazione è molto debole ed è chiamata il prodotto ionico dell’acqua, KW.
Esiste un’analoga costante di relazione per descrivere la forza delle basi. Una base generale, B, farà sì che l’acqua si dissocia per formare ioni BH+ e OH-idrossido. La forza di questa base è data dalla costante di dissociazione della base Kb, che è uguale a [BH+][OH-]/[B]. La forza della base dipende dalla stabilità dello ione BH+. L’idrossido di sodio o l’idrossido di potassio formano basi altamente stabili e quindi hanno valori elevati di Kb.