Hvordan beregne pKa-verdier

I Bronsted-Lowry-formuleringen av syrer og baser er en syre en forbindelse som frigjør et proton i oppløsning, mens en base er en forbindelse som aksepterer et proton. Når en Bronsted-syre oppløses i et løsningsmiddel, produserer den en konjugatbase, mens løsningsmidlet samtidig fungerer som en base og produserer en konjugatsyre. Ved å dele konsentrasjonene av konjugatsyre og base, etter konsentrasjonene av de opprinnelige forbindelsene, produseres ekvivalenskonstanten_ekv, som er et mål på hvor sterk originalsyren er. Kjemikere refererer til K_ekv som Ka-verdien av reaksjonen når løsningsmidlet er vann. Dette tallet kan variere med mange størrelsesordener, så for å gjøre beregningene enklere bruker kjemikere vanligvis pKa-tallet, som er den negative logaritmen til Ka-verdien.

Når en generisk syre (HA) oppløses i vann, donerer den en proton, og produktet av reaksjonen består av H₃O⁺ og A^-, som er den konjugerte basen av reaksjonen. Avhengig av HAs relative evner til å donere protoner og A.

Kjemikere bestemmer styrken til en syre (Ka) ved å måle konsentrasjonene av HA, H₃0⁺ og A^- ved likevekt og dele konsentrasjonen av produktene med konsentrasjonen av den originale syren. Fordi konsentrasjonen av vann er konstant, lar de den ligge utenfor ligningen.

Ka = [H₃O⁺] [A^-] / [HA]

Ka-verdier kan være veldig store eller veldig små. For eksempel er Ka-verdien for saltsyre (HCl) rundt 10⁷, mens Ka-verdien for askorbinsyre (vitamin C) er 1,6 X 10^-12. Å jobbe med slike tall er upraktisk, så for å gjøre ting enklere har kjemikere definert pKa-nummeret som:

pKa = -log Ka

I følge denne definisjonen er pKa-verdien for saltsyre -log 10⁷ = -7, mens pKa for askorbinsyre er -log (1,6 x 10^-12) = 11.80. Som det er tydelig, jo mindre pKa-tallet er, desto sterkere er syren.

En logaritme er i utgangspunktet det motsatte av en eksponent. Hvis vi har et uttrykk som logg₁₀x = y, vi kan finne x ved å ta eksponenten til basen 10 på begge sider: 10^{logg x} = 10^y. Per definisjon, 10^logx = x, så uttrykket blir x = 10^y. PKa-verdien er en negativ logaritme, som betyr at når ligningen -log x = y er reversert, er x lik en negativ eksponent 10^-y, som er et lite tall hvis y er stort og et stort antall hvis y er lite.

I praksis kan det være komplisert å finne logaritmene, så de fleste forskere bruker logaritmetabeller eller en vitenskapelig kalkulator. For å finne en basis 10 logaritme på en vitenskapelig kalkulator, skriver du inn verdien på logaritmen og trykker på "loggen₁₀"nøkkel.