Kā aprēķināt pKa vērtības

Bronsted-Lowry skābju un bāzes formulējumā skābe ir savienojums, kas šķīdumā atbrīvo protonu, bet bāze ir savienojums, kas pieņem protonu. Kad Bronsteda skābe izšķīst šķīdinātājā, tā rada konjugāta bāzi, tajā pašā laikā šķīdinātājs darbojas kā bāze un rada konjugātu skābi. Konjugāta skābes un bāzes koncentrāciju dalot ar sākotnējo savienojumu koncentrācijām, iegūst ekvivalences konstanti K_ekv, kas norāda, cik stipra ir sākotnējā skābe. Ķīmiķi atsaucas uz K_ekv kā reakcijas Ka vērtību, kad šķīdinātājs ir ūdens. Šis skaitlis var atšķirties pēc daudzām lieluma pakāpēm, tāpēc, lai atvieglotu aprēķinus, ķīmiķi parasti izmanto pKa skaitli, kas ir Ka vērtības negatīvais logaritms.

Kad generiskā skābe (HA) izšķīst ūdenī, tā ziedo protonu, un reakcijas produkts sastāv no H₃O⁺ un A^-, kas ir reakcijas konjugāta bāze. Atkarībā no HA relatīvajām spējām ziedot protonus un A^- lai tos pieņemtu, reakcija var turpināties arī pretējā virzienā, līdz galu galā tiek panākts līdzsvars.

Ķīmiķi nosaka skābes (Ka) stiprumu, mērot HA, H koncentrācijas₃0⁺ un A^- līdzsvarā un produktu koncentrācijas dalot ar sākotnējās skābes koncentrāciju. Tā kā ūdens koncentrācija ir nemainīga, viņi to atstāj ārpus vienādojuma.

Ka = [H₃O⁺] [A^-] / [HA]

Ka vērtības var būt ļoti lielas vai ļoti mazas. Piemēram, sālsskābes (HCl) Ka vērtība ir aptuveni 10⁷, savukārt askorbīnskābes (C vitamīna) Ka vērtība ir 1,6 X 10^-12. Darbs ar šādiem skaitļiem ir neērts, tāpēc, lai atvieglotu lietas, ķīmiķi ir definējuši pKa skaitli kā:

pKa = -log Ka

Saskaņā ar šo definīciju sālsskābes pKa vērtība ir -log 10⁷ = -7, bet askorbīnskābes pKa ir -log (1,6 x 10^-12) = 11.80. Kā redzams, jo mazāks pKa skaitlis, jo spēcīgāka skābe.

Logaritms būtībā ir pretējs eksponentam. Ja mums ir tāda izteiksme kā žurnāls₁₀x = y, mēs varam atrast x, aizvedot eksponentu uz abu pušu pamatu 10: 10^{log x} = 10^y. Pēc definīcijas 10^logx = x, tāpēc izteiksme kļūst par x = 10^y. PKa vērtība ir negatīvs logaritms, kas nozīmē, kad vienādojums -log x = y ir apgriezts, x ir vienāds ar negatīvo eksponentu 10^-y, kas ir mazs skaitlis, ja y ir liels, un liels skaitlis, ja y ir mazs.

Praksē logaritmu atrašana var būt sarežģīta, tāpēc lielākā daļa zinātnieku izmanto logaritmu tabulas vai zinātnisku kalkulatoru. Lai zinātniskajā kalkulatorā atrastu pamata 10 logaritmu, ievadiet logaritma vērtību un pieskarieties logam₁₀taustiņu.