Calculadora de pKa - Calcula els Constants de Dissociació Àcida Instantàniament

El pKa és un nombre que els químics utilitzen per mesurar la força d’un àcid en aigua. És igual al logaritme en base 10 negatiu de la constant de dissociació de l’àcid, Ka, i mostra amb quina facilitat una molècula cedeix un ió d’hidrogen (H⁺). Els valors de pKa més baixos indiquen àcids més forts; els valors més alts, àcids més febles. Aquesta calculadora cerca el valor de pKa d’una fórmula química, com ara CH3COOH o HCl, en una taula de referència d’àcids i bases habituals.

Què és el pKa?

Un àcid és una substància que pot cedir un ió d’hidrogen, H⁺, quan es dissol en aigua. Alguns àcids cedeixen aquest ió amb facilitat. D’altres el retenen fermament. El pKa és el nombre que indica aquesta diferència.

Un pKa baix, inclosos els nombres negatius, significa que l’àcid cedeix fàcilment el protó i és un àcid fort. Un pKa alt significa que l’àcid reté el protó i és un àcid feble.

Fórmula del pKa

Quan un àcid (HA) es dissol en aigua, reacciona mitjançant una reacció reversible:

HA + H₂O ⇌ A⁻ + H₃O⁺

HA és l’àcid. A⁻ és la seva base conjugada, la part que queda després que l’àcid perdi un protó. H₃O⁺ és l’ió hidroni, una molècula d’aigua que ha captat el protó alliberat.

En l’equilibri, les concentracions d’aquestes tres parts determinen la constant de dissociació de l’àcid, Ka:

$K_a = \frac{[\mathrm{A}^-][\mathrm{H_3O}^+]}{[\mathrm{HA}]}$

on $K_a$ és la constant de dissociació de l’àcid i els claudàtors representen la concentració de cada espècie en l’equilibri.

El pKa és el logaritme en base 10 negatiu de Ka:

$pK_a = -\log_{10}(K_a)$

Els químics utilitzen el pKa en lloc de Ka perquè els valors de Ka poden ser extremadament grans o extremadament petits i abastar moltes potències de deu. El logaritme converteix aquests nombres en una escala compacta, més fàcil de llegir i comparar, pel mateix motiu que s’utilitza l’escala de pH en lloc de la concentració bruta d’ions d’hidrogen. Un Ka més gran significa que una quantitat més gran de l’àcid se separa en ions, de manera que un Ka més gran sempre correspon a un pKa més petit. Per això un pKa més baix indica un àcid més fort.

Com es calcula el pKa

La base de dades d’aquesta calculadora emmagatzema valors de pKa mesurats directament en experiments. Tanmateix, el pKa també es pot calcular a partir del pH d’una dissolució si se’n coneixen les concentracions de l’àcid i de la seva base conjugada, reordenant l’equació de Henderson-Hasselbalch:

$pK_a = pH - \log_{10}\frac{[\mathrm{A}^-]}{[\mathrm{HA}]}$

Aquest mètode és més precís quan el pH de la dissolució és proper al mateix pKa, ja que és en aquest punt on els petits errors de mesura tenen menys efecte sobre el resultat.

Exemple resolt

L’àcid acètic (CH3COOH), l’àcid del vinagre, té un pKa de 4,76.

Per trobar-ne el Ka, es reordena la fórmula:

Ka = 10^(−pKa) = 10^(−4,76) ≈ 1,7 × 10⁻⁵

Per trobar el pH d’una dissolució en què l’ió acetat (A⁻) està 1,7 vegades més concentrat que l’àcid no dissociat (HA), s’utilitza l’equació de Henderson-Hasselbalch en l’altre sentit:

pH = pKa + log₁₀([A⁻] / [HA]) = 4,76 + log₁₀(1,7) ≈ 5,0

El pKa i la força dels àcids

Els valors de pKa solen anar aproximadament de −10, per als àcids més forts, a 50, per als més febles. La majoria dels àcids que es manipulen en un laboratori escolar o d’investigació es troben entre −10 i 15. La taula següent n’indica alguns valors.

Una regla útil: el pKa d’un àcid és igual al pH en què exactament la meitat de les seves molècules han alliberat el protó. Aquest punt és important per a les dissolucions tampó, que es descriuen a continuació.

Per què és important el pKa

Una dissolució tampó resisteix els canvis de pH quan s’hi afegeixen petites quantitats d’àcid o de base. Un tampó funciona millor quan el seu pKa es troba aproximadament dins d’una unitat de pH del pH objectiu, ja que és aquí on la mescla d’àcid i base conjugada pot absorbir la màxima quantitat d’àcid o base afegits. Un tampó fosfat proper a pH 7 i un tampó d’acetat proper a pH 4,76 es basen tots dos en aquesta regla.

En l’organisme, el pKa afecta la manera com els fàrmacs travessen les membranes cel·lulars. Només la forma no ionitzada d’una molècula, és a dir, la forma sense càrrega elèctrica, travessa fàcilment la membrana lipídica d’una cèl·lula. L’aspirina, un àcid feble, es manté principalment no ionitzada a l’estómac àcid (pH de 1 a 2) i s’hi absorbeix. Quan arriba al torrent sanguini, gairebé neutre, una part més gran es transforma en la forma ionitzada.

El pKa també influeix en la manera com es pleguen les proteïnes i en el funcionament dels enzims. Les cadenes laterals dels aminoàcids guanyen o perden protons depenent del pH de l’entorn, fet que en modifica la càrrega elèctrica i el comportament.

Alguns àcids tenen més d’un pKa perquè poden perdre més d’un protó. L’àcid fosfòric (H3PO4) en pot perdre tres, un per un. Cada pKa successiu és més alt que l’anterior, perquè cal més energia per separar un protó d’una molècula que ja té càrrega negativa. Aquesta calculadora indica el primer pKa, el més baix, d’aquests àcids.

Preguntes més freqüents

Quina diferència hi ha entre pKa i pH?

El pKa és una propietat fixa d’un àcid específic. El pH descriu l’acidesa d’una dissolució concreta i canvia cada vegada que s’hi afegeix àcid o base. L’àcid acètic sempre té un pKa de 4,76, però una dissolució que conté àcid acètic pot tenir gairebé qualsevol pH, segons la quantitat que se n’hagi dissolt i què més s’hi hagi barrejat.

El pKa pot ser negatiu o superior a 14?

Sí. L’escala de pH en aigua va aproximadament de 0 a 14, però el pKa no té aquest límit. Els àcids forts, com l’àcid clorhídric (pKa −6,3), tenen valors negatius, i els àcids molt febles, com l’età (pKa 50), tenen valors molt alts.

Per què alguns àcids tenen més d’un valor de pKa?

Un àcid amb més d’un ió d’hidrogen per cedir els perd un per un, i cada etapa té el seu propi equilibri i el seu propi pKa. L’àcid fosfòric té tres valors de pKa perquè pot perdre tres protons consecutivament, cadascun més difícil d’eliminar que l’anterior.

Com afecta la temperatura el pKa?

La majoria dels valors de pKa varien lleugerament amb la temperatura, perquè la dissociació dels àcids sol ser una reacció endotèrmica, és a dir, absorbeix calor. Escalfar una dissolució afavoreix una dissociació més gran, fet que augmenta el Ka i redueix lleugerament el pKa. Les taules de referència, inclosa la que hi ha darrere d’aquesta calculadora, solen indicar un únic valor de pKa per a les condicions estàndard.

Per què no apareix un compost a la calculadora?

La calculadora compara les fórmules amb una llista fixa d’àcids i bases habituals. Espera una notació de text simple, com ara H2SO4 en lloc de H₂SO₄, amb els elements en l’ordre estàndard. Si una fórmula s’escriu correctament però encara no retorna cap resultat, és probable que el compost no formi part d’aquesta llista de referència. Una base de dades química com PubChem pot indicar-ne un valor.

Com s’utilitza el pKa per triar un tampó?

Un tampó funciona millor dins d’una unitat de pH aproximadament del pKa del seu àcid. Per mantenir una dissolució prop de pH 7, per exemple, un químic triaria un àcid amb un pKa proper a 7, ja que és aquí on l’àcid i la seva base conjugada són presents en quantitats similars i poden neutralitzar la màxima quantitat d’àcid o base afegits.