Kako izračunati vrijednosti pKa

U Bronsted-Lowryjevoj formulaciji kiselina i baza, kiselina je spoj koji oslobađa proton u otopini, dok je baza spoj koji prihvaća proton. Kada se Bronstedova kiselina otopi u otapalu, ona stvara konjugiranu bazu, dok istovremeno otapalo djeluje kao baza i stvara konjugiranu kiselinu. Dijeljenjem koncentracija konjugirane kiseline i baze s koncentracijama izvornih spojeva dobiva se konstanta ekvivalencije K_ekv, što je mjera koliko je izvorna kiselina jaka. Kemičari se pozivaju na K_ekv kao Ka vrijednost reakcije kada je otapalo voda. Ovaj se broj može razlikovati za mnoge redove veličine, pa za olakšavanje izračuna kemičari obično koriste pKa broj, što je negativni logaritam Ka vrijednosti.

Kad se generička kiselina (HA) otopi u vodi, ona donira proton, a produkt reakcije sastoji se od H₃O⁺ i A^-, koji je konjugirana baza reakcije. Ovisno o relativnim sposobnostima HA da donira protone i A^- da ih prihvati, reakcija se također može odvijati u suprotnom smjeru dok se na kraju ne postigne ravnoteža.

Kemičari određuju jačinu kiseline (Ka) mjerenjem koncentracija HA, H₃0⁺ i A^- u ravnoteži i dijeljenjem koncentracija proizvoda s koncentracijom izvorne kiseline. Budući da je koncentracija vode konstanta, oni je izuzimaju iz jednadžbe.

Ka = [H₃O⁺] [A^-]/[HA]

Vrijednosti Ka mogu biti vrlo velike ili vrlo male. Na primjer, vrijednost Ka za solnu kiselinu (HCl) je oko 10⁷, dok je vrijednost Ka za askorbinsku kiselinu (vitamin C) 1,6 X 10^-12. Rad s takvim brojevima je nezgodan, pa su kemičari kako bi to olakšali, pKa broj definirali kao:

pKa = -log Ka

Prema ovoj definiciji, vrijednost pKa za klorovodičnu kiselinu je -log 10⁷ = -7, dok je pKa za askorbinsku kiselinu -log (1,6 x 10^-12) = 11.80. Kao što je vidljivo, što je manji broj pKa, to je kiselina jača.

Logaritam je u osnovi suprotnost eksponentu. Ako imamo izraz kao što je log₁₀x = y, x možemo pronaći uzimajući eksponent na bazu 10 obje strane: 10^{zapisnik x} = 10^g. Po definiciji, 10^logx = x, pa izraz postaje x = 10^g. Vrijednost pKa je negativni logaritam, što znači da kada je jednadžba -log x = y obrnuta, x je jednak negativnom eksponentu 10^-y, što je mali broj ako je y velik i velik ako je y mali.

U praksi pronalaženje logaritama može biti komplicirano, pa se većina znanstvenika koristi tablicama logaritama ili znanstvenim kalkulatorom. Da biste pronašli osnovni logaritam 10 na znanstvenom kalkulatoru, unesite vrijednost logaritma i dodirnite "dnevnik₁₀" ključ.