pH un pKa saistība: Hendersona-Haselbalha vienādojums

Definīcija un piemērs

Nicola Tree / Getty Images

The pH ir ūdeņraža jonu koncentrācijas mērs ūdens šķīdumā. pKa ( skābes disociācijas konstante ) un pH ir saistīti, bet pKa ir specifiskāks, jo tas palīdz prognozēt, ko molekula darīs specifisks pH . Būtībā pKa norāda, kādam ir jābūt pH, lai ķīmiskā viela varētu ziedot vai pieņemt protonu.

Sakarība starp pH un pKa ir aprakstīta ar Hendersona-Haselbalha vienādojums .

pH, pKa un Hendersona-Haselbalha vienādojums

• pKa ir pH vērtība, pie kuras ķīmiskās sugas pieņems vai nodod protonu.
• Jo zemāks pKa, jo spēcīgāka ir skābe un lielāka spēja ziedot protonu ūdens šķīdumā.
• Hendersona-Haselbalha vienādojums saista pKa un pH. Tomēr tas ir tikai aptuvens rādītājs, un to nevajadzētu izmantot koncentrētiem šķīdumiem vai ļoti zema pH skābēm vai augsta pH bāzēm.

pH un pKa

Kad jums ir pH vai pKa vērtības, jūs zināt dažas lietas par šķīdumu un to, kā tas ir salīdzināms ar citiem risinājumiem.

• Jo zemāks pH, jo augstāka ir ūdeņraža jonu koncentrācija [H⁺].
• Jo zemāks pKa, jo spēcīgāka ir skābe un lielāka tās spēja ziedot protonus.
• pH ir atkarīgs no šķīduma koncentrācijas. Tas ir svarīgi, jo tas nozīmē, ka vājai skābei faktiski var būt zemāks pH līmenis nekā atšķaidītai spēcīgai skābei. Piemēram, koncentrētam etiķim (etiķskābei, kas ir vāja skābe) pH varētu būt zemāks nekā atšķaidītam sālsskābes (stiprai skābei) šķīdumam.
• No otras puses, pKa vērtība ir nemainīga katram molekulas veidam. Koncentrēšanās to neietekmē.
• Pat ķīmiskai vielai, ko parasti uzskata par bāzi, var būt pKa vērtība, jo termini “skābes” un “bāzes” vienkārši attiecas uz to, vai suga atteiksies no protoniem (skābes) vai tos noņems (bāze). Piemēram, ja jums ir bāze Y ar pKa 13, tā pieņems protonus un veidos YH, bet, kad pH pārsniedz 13, YH tiks deprotonēts un kļūs par Y. Tā kā Y noņem protonus pie pH, kas ir lielāks par neitrāla ūdens pH (7), to uzskata par bāzi.

pH un pKa saistīšana ar Hendersona-Haselbalha vienādojumu

Ja zināt pH vai pKa, varat atrisināt otru vērtību, izmantojot tuvinājumu, ko sauc par Hendersona-Haselbalha vienādojumu:

pH = pKa + log ([konjugāta bāze]/[vāja skābe])
pH = pka+log ([A^-]/[VIŅAM IR])

pH ir pKa vērtības un konjugāta bāzes koncentrācijas logaritmis, dalīts ar vājās skābes koncentrāciju.

Pusē no ekvivalences punkta:

pH = pKa

Ir vērts atzīmēt, ka dažreiz šis vienādojums ir uzrakstīts K_avērtību, nevis pKa, tāpēc jums jāzina attiecības:

pKa = -logK_a

Pieņēmumi Hendersona-Haselbalha vienādojumam

Iemesls, kāpēc Hendersona-Haselbalha vienādojums ir tuvinājums, ir tāpēc, ka tas no vienādojuma izņem ūdens ķīmiju. Tas darbojas, ja ūdens ir šķīdinātājs un ir ļoti lielā proporcijā [H+] un skābes/konjugāta bāzē. Jums nevajadzētu mēģināt piemērot tuvinājumu koncentrētiem šķīdumiem. Izmantojiet tuvinājumu tikai tad, ja ir izpildīti šādi nosacījumi:

• −1
• Buferu molaritātei jābūt 100x lielākai nekā skābes jonizācijas konstantei K_a.
• Izmantojiet tikai stipras skābes vai spēcīgas pamatnes ja pKa vērtības ir no 5 līdz 9.

PKa un pH problēmas piemērs

Atrodiet [H⁺] 0,225 M NaNO šķīdumam_diviun 1,0 M HNO_divi. K_avērtība ( no galda ) no HNO_diviir 5,6x10^-4.

pKa = −log K_a= −log(7,4 × 10⁻⁴) = 3,14

pH = pka + log ([A^-]/[VIŅAM IR])

pH = pKa + log([NO_divi^-]/[HNO_divi])

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

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

[H+] = 10^-pH= 10⁻³⁷⁸⁸= 1,6 × 10⁻⁴

Avoti

• de Levijs, Roberts. Hendersona-Haselbalha vienādojums: tā vēsture un ierobežojumi. Ķīmiskās izglītības žurnāls , 2003. gads.
• Hasselbalch, K. A. 'Asins ūdeņraža skaitļa aprēķins no tās brīvās un saistītās ogļskābes, un asins skābekļa saistīšanās kā funkcija no ūdeņraža skaitļa.' bioķīmiskais žurnāls, 1917. gads , 112.–144.lpp.
• Henderson, Lawrence J. 'Par saistību starp skābju stiprumu un to spēju saglabāt neitralitāti.' American Journal of Physiology-Legacy Content , sēj. 21, Nr. 2, 1908. gada februāris, 1. lpp. 173–179.
• Po, Henrijs N. un N. M. Senozans. Hendersona-Haselbalha vienādojums: tā vēsture un ierobežojumi. Ķīmiskās izglītības žurnāls , sēj. 78, Nr. 11, 2001, 1. lpp. 1499. gads.