Τι είναι το pKa στη Χημεία; Σταθερά διάστασης οξέος
pKa στη χημεία σχετίζεται με τη σταθερά διάστασης οξέος Ka καθώς και με το pH και την ισχύ των οξέων. Εδώ είναι ο ορισμός του pKa, η σχέση του με το Ka και το pH και πώς το pKa υποδεικνύει εάν ένα οξύ είναι ισχυρό ή αδύναμο.
Τι είναι το pKa; Ορισμός pKa
Το pKa είναι ο λογάριθμος αρνητικής βάσης 10 της σταθεράς διάστασης οξέος, Ka. Κατά κάποιο τρόπο, τόσο το pKa όσο και το Ka σας δίνουν τις ίδιες πληροφορίες, αλλά η τιμή Ka είναι ένας μικρός δεκαδικός αριθμός με τον οποίο είναι εύκολο να εργαστεί κανείς, ενώ το Ka έχει εκθέτες και χρησιμοποιεί επιστημονική σημείωση.
Σχέση μεταξύ pKa και Ka
Εδώ είναι η εξίσωση που συσχετίζει το pKa και το Ka:
pKa =-log10 Ka
Εναλλακτικά, μπορείτε να λύσετε για Ka:
Ka =10
Πίνακας τιμών pKa για κοινά οξέα
Αυτός ο πίνακας παραθέτει κατά προσέγγιση τιμές pKa για κοινά οξέα:
| Οξύ | Τύπος | pKa |
|---|---|---|
| Acetic | CH3 COOH | 4.76 |
| Formic | HCOOH | 3,75 |
| Υδροφθορικό | HF | 3.20 |
| Φωσφορικό | H3 PO4 | 2.16 |
| Τριφθοροξικό | CF3 COOH | 0,52 |
| Νιτρικό | HNO3 | -1.4 |
| θειικό | H2 SO4 | -2 |
| Υδροχλωρικό | HCl | -7 |
| Περχλωρικό | HClO4 | -10 |
Συγκριτικά, η τιμή pKa για το νερό (H2 O) είναι 14.00 στους 25 °C. (Σημείωση, ορισμένα κείμενα χρησιμοποιούν το 15,74 ως pKa για το νερό, με βάση την αντίδραση μεταξύ νερού και μεθοξειδίου.)
pKa και ισχύς οξέος
Μια μικρότερη τιμή pKa υποδηλώνει ισχυρότερο οξύ. μεγαλύτερη τιμή pKa υποδηλώνει ασθενέστερο οξύ. Τα ισχυρά οξέα έχουν στην πραγματικότητα αρνητικές τιμές pKa. Τα αδύναμα οξέα έχουν θετικές τιμές pKa.
Για παράδειγμα, το οξικό οξύ έχει τιμή pKa 4,8, ενώ το γαλακτικό οξύ έχει pKa 3,8. Και οι δύο αριθμοί είναι θετικοί, επομένως γνωρίζετε ότι τόσο το οξικό όσο και το γαλακτικό οξύ είναι αδύναμα οξέα. Όμως, το pKa του γαλακτικού οξέος είναι χαμηλότερο, επομένως είναι ισχυρότερο οξύ από το οξικό οξύ.
Η σταθερά διάστασης οξέος (Ka ) μετρά πόσο πλήρως διασπάται ένα οξύ σε ένα υδατικό διάλυμα. Τα ισχυρά οξέα διασπώνται πλήρως στα ιόντα τους στο νερό. Έτσι, μια σταθερά διάστασης υψηλού οξέος ή τιμή Ka υποδηλώνει ισχυρό οξύ, ενώ τα αδύναμα οξέα έχουν χαμηλές τιμές Ka.
Σχέση μεταξύ pKa και pH
Το pH είναι ένα μέτρο της συγκέντρωσης ιόντων υδρογόνου σε ένα υδατικό διάλυμα. Όσο χαμηλότερη είναι η τιμή του pH, τόσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου και τόσο ισχυρότερο είναι το οξύ.
Το pKa και το pH σχετίζονται με βάση τη συγκέντρωση ενός οξέος ([A-] και της συζυγούς του βάσης ([HA]). Αυτή η σχέση είναι η εξίσωση Henderson-Hasselbalch:
pH =pKa + log10 [A-]/[HA]
Το pKa προβλέπει την τιμή του pH όπου ένα χημικό είδος δωρίζει ή δέχεται ένα πρωτόνιο ή ιόν υδρογόνου.
Επιλογή buffer
Εκτός από τη χρήση του pKa για την πρόβλεψη της ισχύος του οξέος, τον υπολογισμό του pKa και την εύρεση του pH, το pK βοηθά στην επιλογή του ρυθμιστικού διαλύματος. Χρησιμοποιήστε την εξίσωση που σχετίζεται με το pH και το pKa με τη συγκέντρωση ενός οξέος ([A]) και της συζυγούς του βάσης ([AH]):
pH =pKa + αρχείο καταγραφής10 ([A]/[AH])
Ένα ρυθμιστικό βοηθά στη διατήρηση του pH ενός διαλύματος. Η καλύτερη ρυθμιστική ικανότητα εμφανίζεται όταν το pH και το pKa είναι περίπου ίδια μεταξύ τους. Αυτό συμβαίνει επειδή χρειάζεται πολύ προστιθέμενο οξύ ή βάση για να αλλάξει το pH όταν είναι κοντά στο pKa. Ρύθμιση pH και pKa ίσα δίνει μια άλλη εξίσωση:
Ka /[H] =[A]/[AH]
Όταν το μισό του οξέος διασπαστεί, το pH και το pKa είναι ίσα. Επιλέξτε το καλύτερο ρυθμιστικό διάλυμα για μια κατάσταση επιλέγοντας ένα με τιμή pKa κοντά στο pH στόχο του διαλύματος.
Αναφορές
- Atkins, Peter; de Paula, Julio (2006). Φυσική Χημεία . Οξφόρδη. ISBN 978-0198700722.
- Denbigh, Κ. (1981). "Κεφάλαιο 4." Οι Αρχές της Χημικής Ισορροπίας (4η έκδ.). Cambridge:Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-28150-8.
- Himmel, D.; Goll, S. K.; Leito, Ι.; Krossing, I. (2010). «Μια ενοποιημένη κλίμακα pH για όλες τις φάσεις». Angew. Chem. Int. Ed . 49 (38):6885–6888. doi:10.1002/anie.201000252
- Silverstein, Todd P.; Heller, Stephen T. (2017). «Τιμές pKa στο Προπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών:Ποιο είναι το Πραγματικό pKa του Νερού;». J. Chem. Εκδ. 94(6):690-695. doi:10.1021/acs.jchemed.6b00623
- Shriver, D.F; Atkins, P.W. (1999). Inorganic Chemistry (3η έκδ.). Oxford University Press. ISBN 0-19-850331-8.
