Kuinka laskea pKa-arvot

Happojen ja emästen Bronsted-Lowry-formulaatiossa happo on yhdiste, joka vapauttaa protonia liuoksessa, kun taas emäs on yhdiste, joka hyväksyy protonin. Kun pronssihappo liukenee liuottimeen, se tuottaa konjugaattiemäksen, samalla kun liuotin toimii emäksenä ja tuottaa konjugaattihappoa. Konjugaattihapon ja emäksen pitoisuuksien jakaminen alkuperäisten yhdisteiden pitoisuuksilla tuottaa vastaavuusvakion K_eq, joka mittaa alkuperäisen hapon vahvuutta. Kemistit viittaavat K._eq reaktion Ka-arvona, kun liuotin on vesi. Tämä luku voi vaihdella monilla suuruusluokilla, joten laskemisen helpottamiseksi kemistit käyttävät yleensä pKa-lukua, joka on Ka-arvon negatiivinen logaritmi.

Kun geneerinen happo (HA) liukenee veteen, se luovuttaa protonin, ja reaktiotuote koostuu H₃O⁺ ja A^-, joka on reaktion konjugaattiemäs. Riippuen HA: n suhteellisesta kyvystä luovuttaa protoneja ja A^- hyväksyä ne, reaktio voi edetä myös päinvastaisessa suunnassa, kunnes lopulta saavutetaan tasapaino.

Kemistit määrittävät hapon (Ka) vahvuuden mittaamalla HA: n, H: n pitoisuudet₃0⁺ ja A^- tasapainossa ja jakamalla tuotteiden konsentraatiot alkuperäisen hapon pitoisuudella. Koska veden pitoisuus on vakio, ne jättävät sen pois yhtälöstä.

Ka = [H₃O⁺] [A^-] / [HA]

Ka-arvot voivat olla hyvin suuria tai hyvin pieniä. Esimerkiksi suolahapon (HCl) Ka-arvo on noin 10⁷, kun taas askorbiinihapon (C-vitamiini) Ka-arvo on 1,6 x 10^-12. Tällaisten numeroiden kanssa työskenteleminen on hankalaa, joten kemistit ovat määrittäneet pKa-numeron helpottamaan asioita:

pKa = -log Ka

Tämän määritelmän mukaan kloorivetyhapon pKa-arvo on -log 10⁷ = -7, kun taas askorbiinihapon pKa on -log (1,6 x 10^-12) = 11.80. Kuten on selvää, mitä pienempi pKa-luku, sitä vahvempi happo.

Logaritmi on periaatteessa eksponentin vastakohta. Jos meillä on lauseke kuten loki₁₀x = y, löydämme x viemällä eksponentin molempien sivujen 10 pohjaan: 10^{loki x} = 10^y. Määritelmän mukaan 10^logx = x, joten lausekkeesta tulee x = 10^y. PKa-arvo on negatiivinen logaritmi, mikä tarkoittaa, että kun yhtälö -log x = y käännetään, x on yhtä suuri kuin negatiivinen eksponentti 10^-y, joka on pieni luku, jos y on suuri, ja suuri luku, jos y on pieni.

Käytännössä logaritmien löytäminen voi olla monimutkaista, joten useimmat tutkijat käyttävät logaritmitaulukoita tai tieteellistä laskinta. Löydät perustason 10 logaritmin tieteellisestä laskimesta syöttämällä logaritmin arvon ja napauttamalla "loki"₁₀"avain.