Tabla de Contenidos
A pKa egy Bronsted-sav „erősségét” méri, vagyis egy olyan anyagé, amely egy H+-iont (protont) ad át konjugált bázis létrehozására. A H+ proton egy erős Lewis-sav, amely nagyon hatékonyan vonzza az elektronpárokat, olyan hatékonyan, hogy szinte mindig egy elektrondonorhoz kötődik. Az erős Bronsted-sav olyan vegyület, amely nagyon könnyen adja fel protonját. A gyenge Bronsted-sav a maga részéről olyan vegyület, amely nehezebben adja le protonját. Szélsőséges esetben az a vegyület, amelyből nagyon-nagyon nehéz protont eltávolítani, egyáltalán nem tekinthető savnak.
Amikor egy vegyület protont adományoz, megtartja azt az elektronpárt, amelyen korábban megosztott a protonnal, így konjugált bázissá válik. Más szempontból egy erős Bronsted-sav könnyen protont ad, és gyenge Bronsted-bázissá válik. A Bronsted-bázis nem könnyen létesít kötést a protonnal, és nem jó arra, hogy az elektronpárját protonnak adja. Ezért ezt gyengén teszi.
Hasonlóképpen, ha egy vegyület felad egy protont és erős bázissá válik, a bázis könnyen visszaszerzi a protont. Valójában az erős bázis annyira versenyez a protonnal, hogy a vegyület protonált marad. Itt a vegyület továbbra is egy Bronsted-sav, ahelyett, hogy ionizálna, hogy erős konjugált bázissá váljon, így gyenge Bronsted-sav.
Ezért figyelembe kell vennie, hogy:
- Az alacsony pKa azt jelenti, hogy a proton nem tart stabilan.
- Néha a pKa olyan alacsony lehet, hogy az negatív szám.
- A magas pKa azt jelenti, hogy a proton erősen megtartott.
A Henderson–Hasselbalch egyenlet
A Henderson-Hasselbalch egyenletet LJ Henderson amerikai biológus kémikus és KA Hasselbalch svéd fiziológus egymástól függetlenül dolgozta ki, hogy a pH-t a vér bikarbonát pufferrendszerével hozza összefüggésbe. Általános formájában a Henderson-Hasselbalch egyenlet hasznos kifejezés a caps kiszámításához. Levezethető egy általános gyenge sav (HA) disszociációs reakció egyensúlyi állandójának kifejezéséből az egyenletben:
ahol K a az egyensúlyi állandó egy adott hőmérsékleten. A kísérleti feltételek meghatározott halmaza esetén ezt az egyensúlyi állandót K a-nak jelöljük, és látszólagos disszociációs állandónak nevezzük. Minél nagyobb a K a értéke , annál több H+ ion szabadul fel egy mól savra az oldatban, tehát annál erősebb a sav. K a tehát a sav erősségének mértéke. Az egyenletet átrendezve és a hidrogénionok koncentrációját megoldva kapjuk:
Mivel log [H+] = pH és log (Ka) = pK a , és a fenti egyenletekre logaritmusokat alkalmazva kapjuk:
bármelyik
Ahol:
[A – ] a konjugált bázis koncentrációja,
[HA] a (nem disszociált) sav koncentrációja,
pK a a K a érték negatív logaritmusa
és Ka a sav disszociációs állandója.
A pH és pKa értékek megbeszélése
A Henderson-Hasselbalch egyenletet gyakran használják a konjugált bázis [A-] és a konjugált sav [HA] arányának meghatározására, amelyet a puffer adott pH-értékének eléréséhez kell használni. Ehhez ismernünk kell a használni kívánt konjugált sav pKa értékét. A fenti egyenletnek azonban további információi vannak, amelyeket meg kell értenünk.
Míg a pKa fogalmát fentebb kifejtjük, a pKa funkcionális definícióját gyakran félreértik. Ebből a témából emlékezni kell arra, hogy amikor a pH megegyezik egy sav pKa értékével, akkor a konjugált bázis és a konjugált sav koncentrációja egyenlő, ami azt jelenti, hogy a konjugált bázis aránya 50% és 50% 50 % konjugált sav.
Így ha a konjugált bázis és a konjugált sav koncentrációit beillesztjük a Henderson-Hasselbach egyenletbe (nem mindegy, mi a koncentráció), és ezek megegyeznek, akkor arányuk 1:1 lesz, ami azt jelenti, hogy a ennek az aránynak a logaritmusa nulla (0). Függetlenül attól, hogy melyik savat (mint protondonor [H+]) figyeljük meg, a fenti összefüggés fennáll.
Például, mivel az ecetsav pK értéke körülbelül 4,7, ha a pH megegyezik a pKa értékkel, az acetát és az ecetsav aránya 1:1. Egy másik savnál, például hidrogén-fluoridnál (HF), amelynek pKa értéke körülbelül 4,0, ha a pH értéke 4,0, a fluoridion és a hidrogén-fluorid aránya 1:1.
Pufferoldatok
A pufferoldatok olyan vizes oldatok, amelyek gyenge sav és konjugált bázisa vagy gyenge bázis és konjugált sav keverékéből állnak. A pufferoldatok fontos tulajdonsága, hogy viszonylag állandó pH-értéket tudnak fenntartani kis mennyiségű sav vagy bázis hozzáadására. Ezenkívül a pufferoldatok pH-ja viszonylag stabil marad még hígítás közben is.
Emiatt a puffereket a kémiai alkalmazások széles körében alkalmazzák, elsősorban reagensként az állandó pH-érték fenntartására. Például színezékek gyártásában, fermentációs folyamatokban, valamint élelmiszerek, kozmetikumok és gyógyszerek pH-értékének beállítására. A puffer pH- ja a sav (vagy a bázis pK b ) pKa-értékétől, valamint a sav (bázis) és a konjugált bázis (sav) koncentrációjának arányától függ. Ezt a függőséget a fent bemutatott Henderson-Hasselbalch egyenlet írja le.
Források
- Garritz, M. (2005). Sav-bázis egyensúlyok .
- Pardo, J. és Matus, D. (2014). A Henderson-Hasselbalch egyenlet alkalmazása a vér pH-értékének kiszámításához.
- Vásquez, E. és Rojas, G. (2016). pH : elmélet és 132 probléma.
