pH ir pKa ryšys: Hendersono ir Haselbalcho lygtis

Apibrėžimas ir pavyzdys

Nicola Tree / Getty Images

The pH yra vandenilio jonų koncentracijos vandeniniame tirpale matas. pKa ( rūgšties disociacijos konstanta ) ir pH yra susiję, tačiau pKa yra konkretesnis, nes padeda numatyti, ką molekulė veiks esant specifinis pH . Iš esmės pKa nurodo, koks turi būti pH, kad cheminė medžiaga galėtų paaukoti arba priimti protoną.

Ryšys tarp pH ir pKa aprašytas Hendersono-Hasselbalcho lygtis .

pH, pKa ir Hendersono-Hasselbalcho lygtis

• pKa yra pH vertė, kuriai esant cheminė medžiaga priims arba atiduos protoną.
• Kuo mažesnis pKa, tuo stipresnė rūgštis ir didesnė galimybė paaukoti protoną vandeniniame tirpale.
• Hendersono-Hasselbalcho lygtis susieja pKa ir pH. Tačiau tai tik apytikslis rodiklis ir neturėtų būti naudojamas koncentruotiems tirpalams arba ypač žemo pH rūgštims ar aukšto pH bazėms.

pH ir pKa

Kai turite pH arba pKa vertes, žinote tam tikrus dalykus apie tirpalą ir jo palyginimą su kitais tirpalais:

• Kuo mažesnis pH, tuo didesnė vandenilio jonų koncentracija [H⁺].
• Kuo mažesnis pKa, tuo stipresnė rūgštis ir didesnis jos gebėjimas dovanoti protonus.
• pH priklauso nuo tirpalo koncentracijos. Tai svarbu, nes tai reiškia, kad silpnos rūgšties pH iš tikrųjų gali būti mažesnis nei praskiestos stiprios rūgšties. Pavyzdžiui, koncentruoto acto (acto rūgšties, kuri yra silpna rūgštis) pH gali būti mažesnis nei atskiesto druskos rūgšties (stiprios rūgšties) tirpalo.
• Kita vertus, kiekvieno tipo molekulės pKa reikšmė yra pastovi. Tam įtakos neturi koncentracija.
• Netgi cheminė medžiaga, paprastai laikoma baze, gali turėti pKa reikšmę, nes terminai „rūgštys“ ir „bazės“ tiesiog nurodo, ar rūšis atsisakys protonų (rūgšties), ar juos pašalins (bazė). Pavyzdžiui, jei turite bazę Y, kurios pKa yra 13, ji priims protonus ir sudarys YH, bet kai pH viršija 13, YH bus deprotonuotas ir taps Y. Kadangi Y pašalina protonus, kurių pH yra didesnis nei Neutralaus vandens pH (7), jis laikomas pagrindu.

pH ir pKa susiejimas su Hendersono-Hasselbalcho lygtimi

Jei žinote pH arba pKa, kitą reikšmę galite išspręsti naudodami aproksimaciją, vadinamą Hendersono-Hasselbalcho lygtimi:

pH = pKa + log ([konjuguota bazė]/[silpna rūgštis])
pH = pka+log ([A^-]/[JIS TURI])

pH yra pKa vertės ir konjugato bazės koncentracijos logaritminio koeficiento, padalytos iš silpnos rūgšties koncentracijos, suma.

Pusėje lygiavertiškumo taško:

pH = pKa

Verta paminėti, kad kartais ši lygtis parašyta K_avertė, o ne pKa, todėl turėtumėte žinoti ryšį:

pKa = -logK_a

Hendersono-Hasselbalcho lygties prielaidos

Priežastis, kodėl Hendersono-Hasselbalcho lygtis yra apytikslė, yra ta, kad ji iš lygties pašalina vandens chemiją. Tai veikia, kai vanduo yra tirpiklis ir jo yra labai didelė [H+] ir rūgšties/konjugato bazės dalis. Neturėtumėte bandyti taikyti apytikslės koncentruotų tirpalų. Apytikslę informaciją naudokite tik tada, kai tenkinamos šios sąlygos:

• −1
• Buferių moliškumas turėtų būti 100 kartų didesnis nei rūgšties jonizacijos konstantos K_a.
• Tik naudoti stiprios rūgštys arba tvirti pagrindai jei pKa reikšmės nukrenta tarp 5 ir 9.

PKa ir pH problemos pavyzdys

Raskite [H⁺] 0,225 M NaNO tirpalui_duir 1,0 M HNO_du. K_avertė ( nuo stalo ) iš HNO_duyra 5,6x10^-4.

pKa = −log K_a= −log(7,4×10⁻⁴) = 3,14

pH = pka + log ([A^-]/[JIS TURI])

pH = pKa + log([NO_du^-]/[HNO_du])

pH = 3,14 + log (1/0,225)

pH = 3,14 + 0,648 = 3,788

[H+] = 10^-pH= 10^{−3 788}= 1,6 × 10⁻⁴

Šaltiniai

• de Levie, Robertas. Hendersono-Hasselbalcho lygtis: jos istorija ir apribojimai. Cheminio švietimo žurnalas , 2003 m.
• Hasselbalch, K. A. „Kraujo vandenilio skaičiaus apskaičiavimas iš laisvos ir surištos anglies rūgšties ir kraujo deguonies surišimo kaip vandenilio skaičiaus funkcija“. biocheminis žurnalas, 1917 m , p.112–144.
• Henderson, Lawrence J. „Dėl ryšio tarp rūgščių stiprumo ir jų gebėjimo išlaikyti neutralumą“. „American Journal of Physiology-Legacy Content“. , t. 21, Nr. 2, 1908 m. vasario mėn., p. 173–179.
• Po, Henry N. ir N. M. Senozanas. Hendersono-Hasselbalcho lygtis: jos istorija ir apribojimai. Cheminio švietimo žurnalas , t. 78, Nr. 11, 2001, p. 1499 m.