כיצד לחשב ערכי pKa

בניסוח ברונסטד-לורי של חומצות ובסיסים, חומצה היא תרכובת המשחררת פרוטון בתמיסה, ואילו בסיס הוא תרכובת המקבלת פרוטון. כאשר חומצה ברונסטד מתמוססת בממס, היא מייצרת בסיס מצומד, כשבמקביל הממס משמש כבסיס ומייצר חומצה מצומדת. חלוקת ריכוזי חומצה מצומדת ובסיס, בריכוזים של התרכובות המקוריות מייצרת את קבוע השקילות K_{שווה ערך}, שהוא מדד עד כמה החומצה המקורית חזקה. כימאים מתייחסים ל- K_{שווה ערך} כערך Ka של התגובה כאשר הממיס הוא מים. מספר זה יכול להשתנות בסדרי גודל רבים, ולכן כדי להקל על החישובים, בדרך כלל משתמשים כימאים במספר pKa, שהוא הלוגריתם השלילי של ערך Ka.

כאשר חומצה גנרית (HA) מתמוססת במים, היא תורמת פרוטון, ותוצר התגובה מורכב מ- H₃או⁺ וא^-, שהוא הבסיס המצומד של התגובה. תלוי ביכולות היחסיות של HA לתרום פרוטונים ו- A.^- כדי לקבל אותם, התגובה יכולה להתקדם גם בכיוון ההפוך עד שבסופו של דבר מושגת שיווי משקל.

כימאים קובעים את חוזק החומצה (Ka) על ידי מדידת ריכוזי HA, H₃0⁺ וא^- בשיווי משקל וחלוקת ריכוזי המוצרים בריכוז החומצה המקורית. מכיוון שריכוז המים הוא קבוע, הם משאירים אותו מחוץ למשוואה.

Ka = [H₃או⁺] [א^-] / [HA]

ערכי Ka יכולים להיות גדולים מאוד או קטנים מאוד. לדוגמא, ערך Ka עבור חומצה הידרוכלורית (HCl) הוא סביב 10⁷בעוד שערך Ka עבור חומצה אסקורבית (ויטמין C) הוא 1.6 X 10^-12. עבודה עם מספרים כאלה אינה נוחה, ולכן כדי להקל על הדברים, כימאים הגדירו את מספר ה- pKa כ:

pKa = -לוג Ka

על פי הגדרה זו, ערך pKa עבור חומצה הידרוכלורית הוא -log 10⁷ = -7, בעוד ה- pKa עבור חומצה אסקורבית הוא -log (1.6 x 10^-12) = 11.80. כפי שניכר, ככל שמספר ה- pKa קטן יותר, כך החומצה חזקה יותר.

לוגריתם הוא בעצם ההפך ממעריך. אם יש לנו ביטוי כמו יומן₁₀x = y, נוכל למצוא x על ידי לקיחת המעריך לבסיס 10 משני הצדדים: 10^{יומן x} = 10^y. בהגדרה, 10^logx = x, כך שהביטוי הופך ל- x = 10^y. ערך pKa הוא לוגריתם שלילי, כלומר כאשר המשוואה -log x = y הפוכה, x שווה למעריך שלילי 10^-y, שהוא מספר קטן אם y הוא גדול ומספר גדול אם y הוא קטן.

בפועל, מציאת הלוגריתמים יכולה להיות מורכבת, ולכן רוב המדענים משתמשים בטבלאות לוגריתם או במחשבון מדעי. כדי למצוא לוגריתם בסיס 10 במחשבון מדעי, הזן את ערך הלוגריתם והקש על "יומן₁₀מפתח.