W kompozycji kwasów i zasad Bronsteda-Lowry'ego kwas to związek, który uwalnia proton w roztworze, podczas gdy zasada to związek, który przyjmuje proton. Kiedy kwas Bronsteda rozpuszcza się w rozpuszczalniku, wytwarza sprzężoną zasadę, podczas gdy w tym samym czasie rozpuszczalnik działa jak zasada i wytwarza sprzężony kwas. Podzielenie stężeń sprzężonego kwasu i zasady przez stężenia związków pierwotnych daje stałą równoważności Krówn, który jest miarą siły oryginalnego kwasu. Chemicy odnoszą się do Krówn jako wartość Ka reakcji, gdy rozpuszczalnikiem jest woda. Liczba ta może się różnić o wiele rzędów wielkości, więc dla ułatwienia obliczeń chemicy zwykle stosują liczbę pKa, która jest ujemnym logarytmem wartości Ka.
Ka to siła kwasu w wodzie
Kiedy rodzajowy kwas (HA) rozpuszcza się w wodzie, oddaje proton, a produkt reakcji składa się z H3O+ i A-, który jest sprzężoną zasadą reakcji. W zależności od względnych zdolności HA do oddawania protonów i A- aby je zaakceptować, reakcja może również przebiegać w przeciwnym kierunku, aż w końcu zostanie osiągnięta równowaga.
Chemicy określają moc kwasu (Ka) mierząc stężenia HA, H30+ i A- w równowadze i dzieląc stężenia produktów przez stężenie pierwotnego kwasu. Ponieważ stężenie wody jest stałe, pomijają je w równaniu.
Ka = [H3O+] [A-]/[H]
Konwersja do pKa
Wartości Ka mogą być bardzo duże lub bardzo małe. Na przykład wartość Ka dla kwasu solnego (HCl) wynosi około 107, natomiast wartość Ka dla kwasu askorbinowego (witaminy C) wynosi 1,6 X 10-12. Praca z takimi liczbami jest niewygodna, więc dla ułatwienia chemicy zdefiniowali liczbę pKa jako:
pKa = -log Ka
Zgodnie z tą definicją wartość pKa dla kwasu solnego wynosi -log 107 = -7, podczas gdy pKa dla kwasu askorbinowego wynosi -log (1,6 x 10-12) = 11.80. Jak widać, im mniejsza liczba pKa, tym silniejszy kwas.
Znajdowanie logarytmów
Logarytm jest zasadniczo przeciwieństwem wykładnika. Jeśli mamy wyrażenie takie jak log10x = y, możemy znaleźć x, biorąc wykładnik o podstawie 10 obu stron: 10log x = 10tak. Z definicji 10logx = x, więc wyrażenie staje się x = 10tak. Wartość pKa jest logarytmem ujemnym, co oznacza, że gdy równanie -log x = y jest odwrócone, x równa się ujemnemu wykładnikowi 10-y, która jest małą liczbą, jeśli y jest duża i dużą, jeśli y jest małe.
W praktyce znalezienie logarytmów może być skomplikowane, dlatego większość naukowców korzysta z tablic logarytmicznych lub kalkulatora naukowego. Aby znaleźć logarytm o podstawie 10 na kalkulatorze naukowym, wprowadź wartość logarytmu i naciśnij „logarytm10" klucz.