Razmerje pH in pKa: Henderson-Hasselbalchova enačba
Definicija in primer
Nicola Tree / Getty Images
The pH je merilo za koncentracijo vodikovih ionov v vodni raztopini. pKa ( kislinska disociacijska konstanta ) in pH sta povezana, vendar je pKa bolj specifičen, saj vam pomaga napovedati, kaj bo molekula naredila pri specifični pH . V bistvu vam pKa pove, kakšen mora biti pH, da lahko kemična vrsta daruje ali sprejme proton.
Razmerje med pH in pKa je opisano z Henderson-Hasselbalchova enačba .
pH, pKa in Henderson-Hasselbalchova enačba
- pKa je pH vrednost, pri kateri kemična vrsta sprejme ali odda proton.
- Nižji kot je pKa, močnejša je kislina in večja je sposobnost darovanja protona v vodni raztopini.
- Henderson-Hasselbalchova enačba povezuje pKa in pH. Vendar je le približek in se ga ne sme uporabljati za koncentrirane raztopine ali za kisline z izjemno nizkim pH ali baze z visokim pH.
pH in pKa
Ko imate vrednosti pH ali pKa, veste nekatere stvari o raztopini in njeni primerjavi z drugimi raztopinami:
- Nižji kot je pH, večja je koncentracija vodikovih ionov [H+].
- Nižji kot je pKa, močnejša je kislina in večja je njena sposobnost oddajanja protonov.
- pH je odvisen od koncentracije raztopine. To je pomembno, ker pomeni, da ima lahko šibka kislina dejansko nižji pH kot razredčena močna kislina. Na primer, koncentrirani kis (ocetna kislina, ki je šibka kislina) ima lahko nižji pH kot razredčena raztopina klorovodikove kisline (močna kislina).
- Po drugi strani pa je vrednost pKa konstantna za vsako vrsto molekule. Nanj ne vpliva koncentracija.
- Celo kemikalija, ki se običajno šteje za bazo, ima lahko vrednost pKa, ker se izraza 'kisline' in 'baze' preprosto nanašata na to, ali bo vrsta opustila protone (kislina) ali jih odstranila (baza). Na primer, če imate bazo Y s pKa 13, bo sprejela protone in tvorila YH, ko pa bo pH presegel 13, bo YH deprotoniran in postal Y. Ker Y odstrani protone pri pH, ki je višji od pH nevtralne vode (7), se šteje za osnovo.
Povezava pH in pKa s Henderson-Hasselbalchovo enačbo
Če poznate pH ali pKa, lahko drugo vrednost rešite z uporabo približka, imenovanega Henderson-Hasselbalchova enačba:
pH = pKa + log ([konjugirana baza]/[šibka kislina])
pH = pka+log ([A-]/[IMA])
pH je vsota vrednosti pKa in logaritma koncentracije konjugirane baze, deljena s koncentracijo šibke kisline.
Na polovici ekvivalentne točke:
pH = pKa
Omeniti velja, da je včasih ta enačba zapisana za Kavrednost namesto pKa, zato bi morali poznati razmerje:
pKa = -logKa
Predpostavke za Henderson-Hasselbalchovo enačbo
Razlog, da je Henderson-Hasselbalchova enačba približek, je v tem, da iz enačbe izvzame kemijo vode. To deluje, ko je voda topilo in je prisotna v zelo velikem deležu glede na [H+] in kislino/konjugirano bazo. Ne bi smeli poskušati uporabiti približka za koncentrirane raztopine. Uporabite približek le, če so izpolnjeni naslednji pogoji:
- −1
- Molarnost pufrov mora biti 100-krat večja od konstante kislinske ionizacije Ka.
- Samo uporaba močne kisline oz močne baze če vrednosti pKa padejo med 5 in 9.
Primer pKa in problem pH
Poiščite [H+] za raztopino 0,225 M NaNOdvain 1,0 M HNOdva. Kavrednost ( iz mize ) HNOdvaje 5,6 x 10-4.
pKa = −log Ka= −log(7,4×10−4) = 3,14
pH = pka + log ([A-]/[IMA])
pH = pKa + log([NOdva-]/[HNOdva])
pH = 3,14 + log(1/0,225)
pH = 3,14 + 0,648 = 3,788
[H+] = 10−pH= 10−3,788= 1,6×10−4
Viri
- de Levie, Robert. Henderson-Hasselbalchova enačba: njena zgodovina in omejitve. Revija za kemijsko izobraževanje , 2003.
- Hasselbalch, K. A. 'Izračun vodikovega števila krvi iz proste in vezane ogljikove kisline le-te ter vezave kisika v krvi kot funkcije vodikovega števila.' biokemijski vestnik, 1917 , str.112–144.
- Henderson, Lawrence J. 'Glede razmerja med močjo kislin in njihovo sposobnostjo ohranjanja nevtralnosti.' American Journal of Physiology-Zapuščina vsebine , vol. 21, št. 2, februar 1908, str. 173–179.
- Po, Henry N. in N. M. Senozan. Henderson-Hasselbalchova enačba: njena zgodovina in omejitve. Revija za kemijsko izobraževanje , vol. 78, št. 11, 2001, str. 1499.