วิธีการคำนวณค่า pKa

ในสูตรกรดและเบสของบรอนสเต็ด-ลาวรี กรดคือสารประกอบที่ปล่อยโปรตอนในสารละลาย ในขณะที่เบสเป็นสารประกอบที่รับโปรตอน เมื่อกรดบรอนสเต็ดละลายในตัวทำละลาย จะทำให้เกิดคอนจูเกตเบส ในขณะเดียวกันตัวทำละลายจะทำหน้าที่เป็นเบสและผลิตกรดคอนจูเกต หารความเข้มข้นของกรดคอนจูเกตและเบสด้วยความเข้มข้นของสารประกอบดั้งเดิมทำให้เกิดค่าคงที่สมมูล K_{เท่ากัน}ซึ่งเป็นการวัดความแรงของกรดดั้งเดิม นักเคมีหมายถึง K_{เท่ากัน} เป็นค่า Ka ของปฏิกิริยาเมื่อตัวทำละลายเป็นน้ำ ตัวเลขนี้สามารถแปรผันตามลำดับความสำคัญจำนวนมาก ดังนั้น เพื่อให้การคำนวณง่ายขึ้น นักเคมีมักใช้หมายเลข pKa ซึ่งเป็นลอการิทึมลบของค่า Ka

เมื่อกรดทั่วไป (HA) ละลายในน้ำ มันจะให้โปรตอน และผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาประกอบด้วย H₃โอ⁺ และ A^-ซึ่งเป็นฐานคอนจูเกตของปฏิกิริยา ขึ้นอยู่กับความสามารถสัมพัทธ์ของ HA ในการบริจาคโปรตอนและ A^- เพื่อที่จะยอมรับปฏิกิริยาเหล่านี้ ปฏิกิริยายังสามารถดำเนินไปในทิศทางตรงกันข้ามจนกว่าจะถึงจุดสมดุลในที่สุด

นักเคมีกำหนดความแรงของกรด (Ka) โดยการวัดความเข้มข้นของ HA, H₃0⁺ และ A^- ที่สมดุลและหารความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ด้วยความเข้มข้นของกรดดั้งเดิม เนื่องจากความเข้มข้นของน้ำเป็นค่าคงที่ จึงไม่อยู่ในสมการ

คะ = [H₃โอ⁺] [อา^-]/[ฮา]

ค่า Ka อาจมากหรือน้อยก็ได้ ตัวอย่างเช่น ค่า Ka สำหรับกรดไฮโดรคลอริก (HCl) อยู่ที่ประมาณ 10⁷ในขณะที่ค่า Ka สำหรับกรดแอสคอร์บิก (วิตามินซี) คือ 1.6 X 10^-12. การทำงานกับตัวเลขดังกล่าวไม่สะดวก ดังนั้นเพื่อให้ง่ายขึ้น นักเคมีได้กำหนดหมายเลข pKa เป็น:

pKa = -log Ka

ตามคำจำกัดความนี้ ค่า pKa สำหรับกรดไฮโดรคลอริกคือ -log 10⁷ = -7 ในขณะที่ pKa สำหรับกรดแอสคอร์บิกคือ -log (1.6 x 10^-12) = 11.80. เห็นได้ชัดว่ายิ่งเลข pKa น้อย กรดก็จะยิ่งแรง

ลอการิทึมเป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับเลขชี้กำลัง ถ้าเรามีนิพจน์เช่น log₁₀x = y, เราสามารถหา x ได้โดยการเอาเลขชี้กำลังไปที่ฐาน 10 ของทั้งสองข้าง: 10^{บันทึก x} = 10^y. ตามคำจำกัดความ 10^logx = x ดังนั้นนิพจน์จะกลายเป็น x = 10^y. ค่า pKa เป็นลอการิทึมลบ ซึ่งหมายความว่าเมื่อสมการ -log x = y กลับกัน x จะเท่ากับเลขชี้กำลังลบ 10^-yซึ่งเป็นจำนวนน้อยถ้า y มาก และจำนวนมากถ้า y น้อย

ในทางปฏิบัติ การค้นหาลอการิทึมอาจมีความซับซ้อน ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่จึงใช้ตารางลอการิทึมหรือเครื่องคำนวณทางวิทยาศาสตร์ ในการหาลอการิทึมฐาน 10 บนเครื่องคำนวณทางวิทยาศาสตร์ คุณต้องป้อนค่าของลอการิทึมแล้วแตะ "log₁₀" สำคัญ.