Как рассчитать значения pKa

В формулировке кислот и оснований Бренстеда-Лоури кислота - это соединение, которое высвобождает протон в растворе, а основание - это соединение, которое принимает протон. Когда кислота Бренстеда растворяется в растворителе, она образует сопряженное основание, в то время как в то же время растворитель действует как основание и производит сопряженную кислоту. Разделив концентрации сопряженной кислоты и основания на концентрации исходных соединений, получим константу эквивалентности K_экв, который является мерой того, насколько сильна исходная кислота. Химики называют K_экв как значение Ка реакции, когда растворителем является вода. Это число может варьироваться на много порядков, поэтому для упрощения расчетов химики обычно используют число pKa, которое является отрицательным логарифмом значения Ka.

Когда родовая кислота (ГА) растворяется в воде, она отдает протон, а продукт реакции состоит из H₃O⁺ и А^-, которое является сопряженным основанием реакции. В зависимости от относительной способности HA отдавать протоны и A

Химики определяют силу кислоты (Ka) путем измерения концентраций HA, H₃0⁺ и А^- при равновесии и делением концентраций продуктов на концентрацию исходной кислоты. Поскольку концентрация воды постоянна, они не учитывают ее.

Ka = [H₃O⁺] [A^-] / [HA]

Значения Ka могут быть очень большими или очень маленькими. Например, значение Ka для соляной кислоты (HCl) составляет около 10⁷, а значение Ka для аскорбиновой кислоты (витамина C) составляет 1,6 X 10^-12. Работать с такими числами неудобно, поэтому, чтобы упростить задачу, химики определили число pKa как:

pKa = -log Ka

Согласно этому определению значение pKa для соляной кислоты составляет -log 10.⁷ = -7, в то время как pKa для аскорбиновой кислоты составляет -log (1,6 x 10^-12) = 11.80. Видно, что чем меньше число pKa, тем сильнее кислота.

Логарифм - это противоположность экспоненты. Если у нас есть такое выражение, как log₁₀x = y, мы можем найти x, взяв показатель степени по основанию 10 с обеих сторон: 10^{журнал x} = 10^у. По определению 10^logx = x, поэтому выражение становится x = 10^у. Значение pKa является отрицательным логарифмом, что означает, что когда уравнение -log x = y перевернуто, x равен отрицательной экспоненте 10.^-у, которое является малым числом, если y велико, и большим числом, если y мало.

На практике поиск логарифмов может быть сложным, поэтому большинство ученых используют таблицы логарифмов или научный калькулятор. Чтобы найти логарифм по основанию 10 на научном калькуляторе, вы вводите значение логарифма и нажимаете "журнал".₁₀" ключ.