So berechnen Sie pKa-Werte

In der Brönsted-Lowry-Formulierung von Säuren und Basen ist eine Säure eine Verbindung, die ein Proton in Lösung freisetzt, während eine Base eine Verbindung ist, die ein Proton aufnimmt. Wenn sich eine Brönsted-Säure in einem Lösungsmittel auflöst, erzeugt sie eine konjugierte Base, während das Lösungsmittel gleichzeitig als Base wirkt und eine konjugierte Säure produziert. Dividiert man die Konzentrationen der konjugierten Säure und Base durch die Konzentrationen der ursprünglichen Verbindungen, ergibt sich die Äquivalenzkonstante K_eq, die ein Maß dafür ist, wie stark die ursprüngliche Säure ist. Chemiker beziehen sich auf K_eq als Ka-Wert der Reaktion, wenn das Lösungsmittel Wasser ist. Diese Zahl kann um viele Größenordnungen variieren, daher verwenden Chemiker zur Vereinfachung der Berechnungen normalerweise die pKa-Zahl, die der negative Logarithmus des Ka-Wertes ist.

Wenn sich eine generische Säure (HA) in Wasser löst, gibt sie ein Proton ab und das Reaktionsprodukt besteht aus H

Chemiker bestimmen die Stärke einer Säure (Ka) durch Messung der Konzentrationen von HA, H₃0⁺ und ein^- im Gleichgewicht und dividieren der Konzentrationen der Produkte durch die Konzentration der ursprünglichen Säure. Da die Konzentration von Wasser eine Konstante ist, lassen sie sie aus der Gleichung heraus.

Ka = [H₃Ö⁺] [EIN^-]/[HA]

Ka-Werte können sehr groß oder sehr klein sein. Beispielsweise beträgt der Ka-Wert für Salzsäure (HCl) etwa 10⁷, während der Ka-Wert für Ascorbinsäure (Vitamin C) 1,6 x 10. beträgt^-12. Die Arbeit mit solchen Zahlen ist unbequem, daher haben Chemiker zur Vereinfachung die pKa-Zahl wie folgt definiert:

pKa = -log Ka

Nach dieser Definition beträgt der pKa-Wert für Salzsäure -log 10⁷ = -7, während der pKa für Ascorbinsäure -log (1,6 x 10^-12) = 11.80. Wie ersichtlich ist, ist die Säure umso stärker, je kleiner die pKa-Zahl ist.

Ein Logarithmus ist im Grunde das Gegenteil eines Exponenten. Wenn wir einen Ausdruck wie log. haben₁₀x = y, wir können x finden, indem wir den Exponenten zur Basis 10 beider Seiten nehmen: 10^{log x} = 10^ja. Per Definition 10^logx = x, also wird der Ausdruck x = 10^ja. Der pKa-Wert ist ein negativer Logarithmus, d. h. wenn die Gleichung -log x = y umgekehrt wird, ist x gleich einem negativen Exponenten 10^-y, eine kleine Zahl, wenn y groß ist, und eine große Zahl, wenn y klein ist.

In der Praxis kann das Finden der Logarithmen kompliziert sein, daher verwenden die meisten Wissenschaftler Logarithmustabellen oder einen wissenschaftlichen Taschenrechner. Um einen Logarithmus zur Basis 10 auf einem wissenschaftlichen Taschenrechner zu finden, geben Sie den Wert des Logarithmus ein und tippen auf "log₁₀" Schlüssel.