Jak vypočítat hodnoty pKa

Ve formulaci Bronsted-Lowry z kyselin a zásad je kyselina sloučenina, která uvolňuje proton v roztoku, zatímco báze je sloučenina, která přijímá proton. Když se Bronstedova kyselina rozpustí v rozpouštědle, produkuje konjugovanou bázi, zatímco současně působí rozpouštědlo jako báze a produkuje konjugovanou kyselinu. Dělením koncentrací kyseliny a báze konjugátu koncentracemi původních sloučenin se získá ekvivalenční konstanta K._ekv, což je měřítkem toho, jak silná je původní kyselina. Chemici odkazují na K._ekv jako hodnota Ka reakce, když je rozpouštědlem voda. Toto číslo se může lišit o mnoho řádů, takže pro usnadnění výpočtů chemici obvykle používají číslo pKa, což je záporný logaritmus hodnoty Ka.

Když se generická kyselina (HA) rozpustí ve vodě, dodá proton a produkt reakce se skládá z H₃Ó⁺ a A.^-, což je konjugovaná báze reakce. V závislosti na relativních schopnostech HA darovat protony a A.^- k jejich přijetí může reakce probíhat také opačným směrem, dokud se nakonec nedosáhne rovnováhy.

Chemici určují sílu kyseliny (Ka) měřením koncentrací HA, H₃0⁺ a A.^- v rovnováze a dělení koncentrací produktů koncentrací původní kyseliny. Protože koncentrace vody je konstantní, vynechávají ji z rovnice.

Ka = [H₃Ó⁺] [A.^-] / [HA]

Hodnoty Ka mohou být velmi velké nebo velmi malé. Například hodnota Ka pro kyselinu chlorovodíkovou (HCl) je kolem 10⁷, zatímco hodnota Ka pro kyselinu askorbovou (vitamin C) je 1,6 x 10^-12. Práce s takovými čísly je nepohodlná, takže aby to bylo jednodušší, chemici definovali číslo pKa jako:

pKa = -log Ka

Podle této definice je hodnota pKa pro kyselinu chlorovodíkovou -log 10⁷ = -7, zatímco pKa pro kyselinu askorbovou je -log (1,6 x 10^-12) = 11.80. Jak je zřejmé, čím menší je číslo pKa, tím silnější je kyselina.

Logaritmus je v podstatě opakem exponenta. Pokud máme výraz jako log₁₀x = y, můžeme najít x tak, že exponent vezmeme k základu 10 na obou stranách: 10^{log x} = 10^y. Podle definice 10^logx = x, takže výraz se stane x = 10^y. Hodnota pKa je záporný logaritmus, což znamená, že když je rovnice -log x = y obrácena, x se rovná zápornému exponentu 10^-y, což je malé číslo, pokud je y velké, a velké číslo, pokud je y malé.

V praxi může být hledání logaritmů komplikované, takže většina vědců používá logaritmické tabulky nebo vědeckou kalkulačku. Chcete-li najít základní 10 logaritmus na vědecké kalkulačce, zadejte hodnotu logaritmu a klepněte na „log₁₀„klíč.