Hvad er pKa? Sammenhæng med pH

pK _a måler “styrken” af en Brønstedsyre, det vil sige af et stof, der donerer en H+ ion (proton) for at danne en konjugeret base. En H+ proton er en stærk Lewis-syre, der tiltrækker elektronpar meget effektivt, så effektivt, at den næsten altid er bundet til en elektrondonor. En stærk Brønstedsyre er en forbindelse, der meget let opgiver sin proton. En svag Brønstedsyre er på sin side en forbindelse, der afgiver sin proton sværere. I et ekstremt tilfælde betragtes en forbindelse, hvorfra det er meget, meget vanskeligt at fjerne en proton, slet ikke som en syre.

Når en forbindelse donerer en proton, beholder den det elektronpar, den tidligere delte med den proton, og bliver dermed en konjugeret base. Fra et andet synspunkt donerer en stærk Bronsted-syre nemt en proton og bliver til en svag Bronsted-base. Bronsted-basen danner ikke let en binding med protonen og er ikke god til at give sit elektronpar til en proton. Derfor gør det så svagt.

På samme måde, hvis en forbindelse opgiver en proton og bliver en stærk base, vil basen let genvinde protonen. Faktisk konkurrerer den stærke base så meget med protonen, at forbindelsen forbliver protoneret. Her er forbindelsen stadig en Brønstedsyre i stedet for at ionisere for at blive den stærke konjugerede base, hvilket gør den til en svag Brønstedsyre.

Du skal derfor tage højde for:

• En lav pKa betyder, at protonen ikke holder stabilt.
• Nogle gange kan pKa være så lavt, at det er et negativt tal.
• En høj pKa betyder, at protonen holdes stærkt.

Henderson-Hasselbalch-ligningen

Henderson-Hasselbalch-ligningen blev udviklet uafhængigt af den amerikanske biologiske kemiker LJ Henderson og den svenske fysiolog KA Hasselbalch, for at relatere pH til blodets bikarbonatbuffersystem. I sin generelle form er Henderson-Hasselbalch-ligningen et nyttigt udtryk til beregning af caps. Det kan afledes fra udtrykket af ligevægtskonstanten for en generel svag syre (HA) dissociationsreaktion i ligningen:

hvor Ka _er ligevægtskonstanten ved en given temperatur. For et defineret sæt af eksperimentelle betingelser er denne ligevægtskonstant betegnet Ka _og kaldes den tilsyneladende dissociationskonstant. Jo højere værdien af ​​K _{a er} , jo større er antallet af H+ ioner, der frigives pr. mol syre i opløsningen, og derfor stærkere er syren. K _a er derfor et mål for styrken af ​​en syre. Ved at omarrangere ligningen og løse koncentrationen af ​​hydrogenioner får vi:

Da log [H+] = pH og log (Ka) = pK _a og ved at anvende logaritmer til ovenstående ligninger får vi:

enten

Hvor:

[A ^– ] er koncentrationen af ​​den konjugerede base,

[HA] er koncentrationen af ​​den (udissocierede) syre,

pKa er den negative logaritme _af Ka _{– værdien}

og _Ka er dissociationskonstanten for syren.

Diskussion af pH- og pKa-værdier

Henderson-Hasselbalch-ligningen bruges ofte til at bestemme forholdet mellem konjugatbase [A-] og konjugeret syre [HA], der skal bruges for at opnå en given pH-værdi af en buffer. For at gøre dette skal vi kende pKa-værdien af ​​den konjugatsyre, du skal bruge. Ovenstående ligning har dog yderligere information, som vi skal forstå.

Mens begrebet pKa _er forklaret ovenfor, bliver den funktionelle definition af pKa _ofte misforstået. Det man skal huske fra dette emne er, at når pH er lig med pKa af en syre, er koncentrationen af ​​konjugatbasen og konjugatsyren ens, hvilket betyder, at der er et forhold på 50 % af konjugatbase til et forhold på 50 % på 50 % konjugeret syre.

Hvis vi altså sætter koncentrationerne af konjugatbasen og konjugatsyren ind i Henderson-Hasselbach-ligningen (det er lige meget, hvad koncentrationen er), og de er ens, vil deres forhold være 1:1, hvilket betyder, at logaritmen af ​​denne andel er nul (0). Uanset hvilken syre (repræsenteret som en protondonor [H+]) der observeres, gælder ovenstående forhold.

For eksempel, da eddikesyre har en pK-værdi _på ca. 4,7, når pH er lig med den pKa, vil forholdet mellem acetat og eddikesyre være 1:1. For en anden syre, såsom flussyre (HF), som har en pKa-værdi på ca. 4,0, når pH er lig med 4,0, ville forholdet mellem fluoridion og flussyre være 1:1.

Bufferløsninger

Bufferopløsninger er vandige opløsninger bestående af en blanding af en svag syre og dens konjugerede base eller en svag base og dens konjugerede syre. En vigtig egenskab ved bufferopløsninger er deres evne til at opretholde en relativt konstant pH-værdi som reaktion på tilsætning af en lille mængde syre eller base. Desuden forbliver pH-værdien af ​​bufferopløsningerne relativt stabil selv under fortynding.

Af denne grund bruges buffere i en lang række kemiske anvendelser, primært som reagenser for at opretholde en konstant pH-værdi. For eksempel ved fremstilling af farvestoffer, i fermenteringsprocesser samt til justering af pH i fødevarer, kosmetik og medicin. Bufferens pH afhænger af syrens pK _a (eller basens pKb) og forholdet mellem koncentrationerne af syren (basen) og dens konjugerede base (syren) _. Denne afhængighed er beskrevet af Henderson-Hasselbalch-ligningen præsenteret ovenfor.

Kilder

• Garritz, M. (2005). Syre-base balancer .
• Pardo, J. og Matus, D. (2014). Brugen af ​​Henderson-Hasselbalch-ligningen til beregning af blodets pH.
• Vásquez, E. og Rojas, G. (2016). pH : teori og 132 problemer.