Τρόπος υπολογισμού τιμών pKa

Στη σύνθεση Bronsted-Lowry οξέων και βάσεων, ένα οξύ είναι μια ένωση που απελευθερώνει ένα πρωτόνιο σε διάλυμα, ενώ μια βάση είναι μια ένωση που δέχεται ένα πρωτόνιο. Όταν ένα οξύ Bronsted διαλύεται σε ένα διαλύτη, παράγει μια συζυγή βάση, ενώ την ίδια στιγμή ο διαλύτης δρα ως βάση και παράγει ένα συζυγές οξύ. Ο διαχωρισμός των συγκεντρώσεων συζυγούς οξέος και βάσης, με τις συγκεντρώσεις των αρχικών ενώσεων παράγει τη σταθερά ισοδυναμίας Κ_ισοδ, το οποίο είναι ένα μέτρο του πόσο ισχυρό είναι το αρχικό οξύ. Οι χημικοί αναφέρονται στο Κ_ισοδ ως η τιμή Ka της αντίδρασης όταν ο διαλύτης είναι νερό. Αυτός ο αριθμός μπορεί να ποικίλλει κατά πολλές τάξεις μεγέθους, οπότε για να διευκολύνονται οι υπολογισμοί, οι χημικοί χρησιμοποιούν συνήθως τον αριθμό pKa, που είναι ο αρνητικός λογάριθμος της τιμής Ka.

Όταν ένα γενικό οξύ (ΗΑ) διαλύεται σε νερό, δίνει ένα πρωτόνιο και το προϊόν της αντίδρασης αποτελείται από Η₃Ο⁺ και ένα^-, η οποία είναι η συζυγιακή βάση της αντίδρασης. Ανάλογα με τις σχετικές ικανότητες του ΗΑ να δωρίζει πρωτόνια και Α

Οι χημικοί προσδιορίζουν την ισχύ ενός οξέος (Ka) μετρώντας τις συγκεντρώσεις των HA, H₃0⁺ και ένα^- σε ισορροπία και διαιρώντας τις συγκεντρώσεις των προϊόντων με τη συγκέντρωση του αρχικού οξέος. Επειδή η συγκέντρωση του νερού είναι σταθερή, το αφήνουν έξω από την εξίσωση.

Κα = [Η₃Ο⁺] [ΕΝΑ^-] / [HA]

Οι τιμές Ka μπορεί να είναι πολύ μεγάλες ή πολύ μικρές. Για παράδειγμα, η τιμή Ka για υδροχλωρικό οξύ (HCl) είναι περίπου 10⁷, ενώ η τιμή Ka για το ασκορβικό οξύ (βιταμίνη C) είναι 1,6 X 10^-12. Η εργασία με τέτοιους αριθμούς είναι άβολη, οπότε για να διευκολυνθούν τα πράγματα, οι χημικοί έχουν ορίσει τον αριθμό pKa ως:

pKa = -log Κα

Σύμφωνα με αυτόν τον ορισμό, η τιμή pKa για το υδροχλωρικό οξύ είναι -log 10⁷ = -7, ενώ το pKa για ασκορβικό οξύ είναι -log (1,6 x 10^-12) = 11.80. Όπως είναι προφανές, όσο μικρότερος είναι ο αριθμός pKa, τόσο ισχυρότερο είναι το οξύ.

Ο λογάριθμος είναι βασικά το αντίθετο ενός εκθέτη. Εάν έχουμε μια έκφραση όπως το αρχείο καταγραφής₁₀x = y, μπορούμε να βρούμε το x μεταφέροντας τον εκθέτη στη βάση 10 και των δύο πλευρών: 10^{ημερολόγιο x} = 10^γ. Εξ ορισμού, 10^logx = x, έτσι η έκφραση γίνεται x = 10^γ. Η τιμή pKa είναι ένας αρνητικός λογάριθμος, που σημαίνει όταν η εξίσωση -log x = y αντιστρέφεται, το x είναι ίσο με έναν αρνητικό εκθέτη 10^-ε, ο οποίος είναι μικρός αριθμός εάν το y είναι μεγάλο και ένας μεγάλος αριθμός εάν το y είναι μικρό.

Στην πράξη, η εύρεση των λογαρίθμων μπορεί να είναι περίπλοκη, έτσι οι περισσότεροι επιστήμονες χρησιμοποιούν πίνακες λογάριθμου ή μια επιστημονική αριθμομηχανή. Για να βρείτε έναν λογάριθμο βάσης 10 σε μια επιστημονική αριθμομηχανή, εισάγετε την τιμή του λογάριθμου και αγγίξτε το "log₁₀" κλειδί.