Hur man beräknar pKa-värden

I Bronsted-Lowry-formuleringen av syror och baser är en syra en förening som frigör en proton i lösning, medan en bas är en förening som accepterar en proton. När en Bronsted-syra löser sig i ett lösningsmedel, producerar den en konjugatbas, samtidigt som lösningsmedlet fungerar som en bas och producerar en konjugatsyra. Genom att dela koncentrationerna av konjugatsyra och bas med koncentrationerna av de ursprungliga föreningarna produceras ekvivalenskonstanten K_ekv, vilket är ett mått på hur stark originalsyran är. Kemister hänvisar till K_ekv som Ka-värdet för reaktionen när lösningsmedlet är vatten. Detta antal kan variera med många storleksordningar, så för att göra beräkningarna enklare använder kemister vanligtvis pKa-talet, vilket är den negativa logaritmen för Ka-värdet.

När en generisk syra (HA) löser sig i vatten, donerar den en proton, och reaktionens produkt består av H₃O⁺ och A^-, som är den konjugerade basen av reaktionen. Beroende på HA: s relativa förmåga att donera protoner och A.

Kemister bestämmer styrkan av en syra (Ka) genom att mäta koncentrationerna av HA, H₃0⁺ och A^- vid jämvikt och dividerar koncentrationerna av produkterna med koncentrationen av den ursprungliga syran. Eftersom koncentrationen av vatten är konstant lämnar de den utanför ekvationen.

Ka = [H₃O⁺] [A^-]/[HA]

Ka-värden kan vara mycket stora eller mycket små. Till exempel är Ka-värdet för saltsyra (HCl) cirka 10⁷medan Ka-värdet för askorbinsyra (vitamin C) är 1,6 X 10^-12. Att arbeta med sådana siffror är obekvämt, så för att göra det enklare har kemister definierat pKa-numret som:

pKa = -log Ka

Enligt denna definition är pKa-värdet för saltsyra -log 10⁷ = -7, medan pKa för askorbinsyra är -log (1,6 x 10^-12) = 11.80. Ju tydligare pKa-talet är, desto starkare är syran.

En logaritm är i grunden motsatsen till en exponent. Om vi ​​har ett uttryck som logg₁₀x = y, vi kan hitta x genom att ta exponenten till basen 10 på båda sidor: 10^{logga x} = 10^y. Per definition, 10^logx = x, så uttrycket blir x = 10^y. PKa-värdet är en negativ logaritm, vilket betyder att när ekvationen -log x = y är omvänd, är x lika med en negativ exponent 10^-y, vilket är ett litet antal om y är stort och ett stort antal om y är litet.

I praktiken kan det vara komplicerat att hitta logaritmer, så de flesta forskare använder logaritmtabeller eller en vetenskaplig miniräknare. För att hitta en bas 10-logaritm på en vetenskaplig miniräknare anger du logaritmens värde och trycker på "logg₁₀"nyckel.