pKa là gì? Mối quan hệ với độ pH

pK _a đo “độ mạnh” của axit Bronsted, tức là của một chất cho ion H+ (proton) để tạo thành bazơ liên hợp. Một proton H+ là một axit Lewis mạnh thu hút các cặp electron rất hiệu quả, hiệu quả đến mức nó hầu như luôn liên kết với một chất cho electron. Một axit Bronsted mạnh là một hợp chất từ ​​bỏ proton của nó rất dễ dàng. Về phần mình, axit Bronsted yếu là hợp chất từ ​​bỏ proton của nó khó khăn hơn. Trong một trường hợp cực đoan, một hợp chất mà rất, rất khó loại bỏ một proton hoàn toàn không được coi là một axit.

Khi một hợp chất cho một proton, nó sẽ giữ lại cặp electron mà nó đã chia sẻ trước đó với proton đó, do đó trở thành một bazơ liên hợp. Từ một quan điểm khác, một axit mạnh của Bronsted dễ dàng nhường một proton và trở thành một bazơ yếu của Bronsted. Bazơ Bronsted không dễ dàng hình thành liên kết với proton và không giỏi trao cặp electron của nó cho proton. Vì vậy, nó làm như vậy yếu.

Tương tự, nếu một hợp chất nhường một proton và trở thành một bazơ mạnh, bazơ sẽ dễ dàng nhận lại proton. Trên thực tế, bazơ mạnh cạnh tranh rất nhiều với proton nên hợp chất vẫn bị proton hóa. Ở đây, hợp chất vẫn là một axit Bronsted thay vì bị ion hóa để trở thành bazơ liên hợp mạnh, khiến nó trở thành một axit Bronsted yếu.

Vì vậy, bạn phải tính đến điều đó:

• pKa thấp có nghĩa là proton không giữ ổn định.
• Đôi khi pKa có thể thấp đến mức nó là một số âm.
• pKa cao có nghĩa là proton được giữ chặt.

Phương trình Henderson–Hasselbalch

Phương trình Henderson-Hasselbalch được phát triển độc lập bởi nhà hóa học sinh học người Mỹ LJ Henderson và nhà sinh lý học người Thụy Điển KA Hasselbalch, để liên hệ độ pH với hệ thống đệm bicarbonate của máu. Ở dạng tổng quát, phương trình Henderson-Hasselbalch là một biểu thức hữu ích để tính toán giới hạn. Nó có thể suy ra từ biểu thức của hằng số cân bằng đối với phản ứng phân ly axit yếu (HA) chung trong phương trình:

trong đó K _a là hằng số cân bằng ở một nhiệt độ nhất định. Ứng với một tập hợp điều kiện thí nghiệm xác định, hằng số cân bằng này được kí hiệu là K _a và được gọi là hằng số phân li biểu kiến. Giá trị của K _a càng cao thì số lượng ion H+ được giải phóng trên mỗi mol axit trong dung dịch càng lớn và do đó axit càng mạnh. Do đó, K _a là thước đo độ mạnh của axit. Sắp xếp lại phương trình và giải nồng độ của các ion hydro, chúng ta thu được:

Vì log [H+] = pH và log (Ka) = pK _a và bằng cách áp dụng logarit cho các phương trình trên, chúng ta thu được:

hoặc

Ở đâu:

[A ^– ] là nồng độ của bazơ liên hợp,

[HA] là nồng độ của axit (không phân ly),

pK _a là logarit âm của giá trị K _a

và K _a là hằng số phân li của axit.

Thảo luận về giá trị pH và pKa

Phương trình Henderson-Hasselbalch thường được sử dụng để xác định tỷ lệ bazơ liên hợp [A-] với axit liên hợp [HA] phải được sử dụng để đạt được giá trị pH nhất định của dung dịch đệm. Để làm điều này, chúng ta cần biết giá trị pKa của axit liên hợp mà bạn sẽ sử dụng. Tuy nhiên, phương trình trên có thông tin bổ sung mà chúng ta phải hiểu.

Trong khi khái niệm về pK _a đã được giải thích ở trên, định nghĩa chức năng của pK _a thường bị hiểu sai. Điều cần nhớ từ chủ đề này là khi độ pH bằng pKa của một axit, nồng độ của bazơ liên hợp và axit liên hợp bằng nhau, nghĩa là có tỷ lệ 50% của bazơ liên hợp với tỷ lệ 50% của 50 % Axit liên hợp.

Do đó, nếu chúng ta cắm nồng độ của bazơ liên hợp và axit liên hợp vào phương trình Henderson-Hasselbach (không quan trọng nồng độ là bao nhiêu) và chúng giống nhau, thì tỷ lệ của chúng sẽ là 1:1, có nghĩa là logarit của tỷ lệ này bằng không (0). Bất kể axit nào (được biểu thị là chất cho proton [H+]) được quan sát thấy, thì mối quan hệ trên vẫn đúng.

Ví dụ: vì axit axetic có giá trị pK _xấp xỉ 4,7, khi độ pH bằng pKa đó, tỷ lệ axetat với axit axetic sẽ là 1:1. Đối với một axit khác, chẳng hạn như flohydric (HF), có giá trị pKa xấp xỉ 4,0, khi độ pH bằng 4,0, tỷ lệ ion florua và axit flohydric sẽ là 1:1.

giải pháp đệm

Dung dịch đệm là dung dịch nước bao gồm hỗn hợp axit yếu và bazơ liên hợp của nó hoặc bazơ yếu và axit liên hợp của nó. Một tính chất quan trọng của dung dịch đệm là khả năng duy trì giá trị pH tương đối ổn định khi bổ sung một lượng nhỏ axit hoặc bazơ. Hơn nữa, độ pH của dung dịch đệm tương đối ổn định ngay cả trong quá trình pha loãng.

Vì lý do này, dung dịch đệm được sử dụng trong nhiều ứng dụng hóa học, chủ yếu là thuốc thử để duy trì giá trị pH không đổi. Ví dụ, trong sản xuất thuốc nhuộm, trong quá trình lên men, cũng như để điều chỉnh độ pH của thực phẩm, mỹ phẩm và thuốc. Độ pH của dung dịch đệm phụ thuộc vào pK _a của axit (hoặc pK _b của bazơ) và tỷ lệ nồng độ của axit (bazơ) và bazơ liên hợp của nó (axit). Sự phụ thuộc này được mô tả bởi phương trình Henderson-Hasselbalch đã trình bày ở trên.

nguồn

• Garritz, M. (2005). Cân bằng axit-bazơ .
• Pardo, J. và Matus, D. (2014). Việc sử dụng phương trình Henderson-Hasselbalch để tính pH máu.
• Vásquez, E. và Rojas, G. (2016). pH : lý thuyết và 132 bài toán.