Laske pKa-arvot kemiallisille yhdisteille syöttämällä niiden kaava. Oleellinen happojen voimakkuuden, pH-puskureiden ja kemiallisen tasapainon ymmärtämiseksi.
Syötä kemiallinen kaava laskeaksesi sen pKa-arvon. pKa-arvo osoittaa hapon voimakkuuden liuoksessa.
pKa-arvo on kvantitatiivinen mitta hapon voimakkuudesta liuoksessa. Se on hapon dissosiaatiovakion (Ka) negatiivinen kymmenen pohjalogaritmi.
Syötä kemiallinen kaava yllä olevaan syöttökenttään. Laskuri näyttää vastaavan pKa-arvon, jos yhdiste on tietokannassamme.
pKa arvo laskin on olennainen työkalu kemisteille, biokemisteille, farmakologeille ja opiskelijoille, jotka työskentelevät happojen ja emästen parissa. pKa (happo dissosiaatio vakio) on perustavanlaatuinen ominaisuus, joka kvantifioi hapon voimakkuuden liuoksessa mittaamalla sen taipumusta luovuttaa protoni (H⁺). Tämä laskin mahdollistaa pKa-arvon nopean määrittämisen kemialliselle yhdisteelle syöttämällä vain sen kemiallisen kaavan, mikä auttaa ymmärtämään sen happamuutta, ennustamaan sen käyttäytymistä liuoksessa ja suunnittelemaan kokeita asianmukaisesti.
Olitpa sitten tutkimassa happo-emäs tasapainoa, kehittämässä puskurointiliuoksia tai analysoimassa lääkkeiden vuorovaikutuksia, yhdisteen pKa-arvon tunteminen on ratkaisevan tärkeää sen kemiallisen käyttäytymisen ymmärtämiseksi. Käyttäjäystävällinen laskimemme tarjoaa tarkkoja pKa-arvoja laajalle valikoimalle yleisiä yhdisteitä, yksinkertaisista epäorgaanisista hapoista, kuten HCl, monimutkaisiin orgaanisiin molekyyleihin.
pKa on negatiivinen logaritmi (kymmenen perusteella) happo dissosiaatio vakio (Ka). Matemaattisesti se voidaan ilmaista seuraavasti:
Hapon dissosiaatio vakio (Ka) edustaa tasapainovakiota hapon dissosiaatioreaktiolle vedessä:
Missä HA on happo, A⁻ on sen konjugaattiemäs ja H₃O⁺ on hydroniumioni.
Ka-arvo lasketaan seuraavasti:
Missä [A⁻], [H₃O⁺] ja [HA] edustavat kyseisten lajien moolisia pitoisuuksia tasapainotilassa.
pKa-asteikko vaihtelee tyypillisesti -10:stä 50:een, ja matalammat arvot viittaavat voimakkaampiin hapoihin:
pKa-arvo on sama kuin pH, jossa tarkalleen puolet happomolekyyleistä on dissosoituneita. Tämä on kriittinen kohta puskuriliuoksille ja monille biokemiallisille prosesseille.
pKa-laskin on suunniteltu intuitiiviseksi ja yksinkertaiseksi. Seuraa näitä yksinkertaisia vaiheita määrittääksesi yhdisteesi pKa-arvon:
Laskin tarjoaa:
Moniprotisille hapoille (joilla on useita dissosioituvia protoneja) laskin näyttää tyypillisesti ensimmäisen dissosiaatiovakion (pKa₁). Esimerkiksi fosforihapolla (H₃PO₄) on kolme pKa-arvoa (2.12, 7.21 ja 12.67), mutta laskin näyttää 2.12 ensisijaisena arvona.
pKa-arvoilla on lukemattomia sovelluksia kemian, biokemian, farmakologian ja ympäristötieteen aloilla:
Yksi pKa:n yleisimmistä sovelluksista on puskurointiliuosten valmistaminen. Puskurointiliuos vastustaa pH:n muutoksia, kun pieniä määriä happoa tai emästä lisätään. Tehokkaimmat puskurit valmistetaan heikoista hapoista ja niiden konjugaattiemäksistä, joissa hapon pKa on lähellä haluttua pH:ta.
Esimerkki: Luodaksesi puskurin pH:lle 4.7, etikkahappo (pKa = 4.76) ja natriumasetatti olisivat erinomainen valinta.
pKa-arvot ovat ratkaisevan tärkeitä proteiinin rakenteen ja toiminnan ymmärtämisessä:
Esimerkki: Histidiinillä on pKa noin 6.0, mikä tekee siitä erinomaisen pH-anturin proteiineissa, koska se voi olla joko protonoitunut tai deprotonoitunut fysiologisessa pH:ssa.
pKa-arvot vaikuttavat merkittävästi lääkkeiden käyttäytymiseen kehossa:
Esimerkki: Aspiriinilla (asetyyli-salisyylihappo) on pKa 3.5. Mahahapon happamassa ympäristössä (pH 1-2) se pysyy pääasiassa ei-ionisoituneena ja voi imeytyä mahalaukun limakalvon läpi. Lisääntyneessä emäksisessä verenkiertojärjestelmässä (pH 7.4) se ionisoituu, mikä vaikuttaa sen jakautumiseen ja aktiivisuuteen.
pKa-arvot auttavat ennustamaan:
Esimerkki: Vety sulfidi (H₂S, pKa = 7.0) auttaa ennustamaan sen toksisuutta vesiekosysteemeissä eri pH-tasoilla.
pKa-arvot ovat olennaisia:
Esimerkki: Happo-emästitrauksessa indikaattorin tulisi valita pKa, joka on lähellä ekvivalenssipisteen pH:ta tarkimpien tulosten saamiseksi.
Vaikka pKa on yleisin happo voimakkuuden mittari, on olemassa vaihtoehtoisia parametreja, joita käytetään tietyissä konteksteissa:
pKb (Emäksen Dissosiaatio Vakio): Mittaa emäksen voimakkuutta. Liittyy pKa:han kaavalla pKa + pKb = 14 (vedessä 25°C:ssa).
Hammett Happo-Funktio (H₀): Käytetään erittäin voimakkaille hapoille, joille pH-asteikko on riittämätön.
HSAB Teoria (Kova-Pehmeä Happo-Emäs): Luokittelee hapot ja emäkset "koviksi" tai "pehmeiksi" niiden polarisoitavuuden perusteella, eikä vain protonin luovutuksen.
Lewis Happamuus: Mittaa kykyä hyväksyä elektronipari sen sijaan, että luovuttaisi protonin.
pKa-käsitteen kehitys liittyy tiiviisti happo-emästeorian kehittymiseen kemiassa:
Happojen ja emästen ymmärtäminen alkoi Antoine Lavoisierin työstä 1700-luvun lopulla, joka ehdotti, että hapot sisältävät happea (mikä oli väärin). Vuonna 1884 Svante Arrhenius määritteli hapot aineiksi, jotka tuottavat vetyioneja (H⁺) vedessä ja emäkset aineiksi, jotka tuottavat hydroksidi-ioneja (OH⁻).
Vuonna 1923 Johannes Brønsted ja Thomas Lowry ehdottivat itsenäisesti yleisempää määritelmää hapoille ja emäksille. He määrittelivät hapon protonin luovuttajaksi ja emäksen protonin hyväksyjäksi. Tämä teoria mahdollisti kvantitatiivisemman lähestymistavan happojen voimakkuuteen happo dissosiaatio vakion (Ka) kautta.
pKa-merkintä otettiin käyttöön helpottamaan Ka-arvojen käsittelyä, jotka usein vaihtelevat monilla kymmenen järjestyksellä. Ottaen negatiivisen logaritmin, tiedemiehet loivat hallittavamman asteikon, joka on samanlainen kuin pH-asteikko.
Nykyään laskennallinen kemia mahdollistaa pKa-arvojen ennustamisen molekyylirakenteen perusteella, ja edistyneet kokeelliset menetelmät mahdollistavat tarkat mittaukset jopa monimutkaisille molekyyleille. pKa-arvojen tietokannat jatkuvasti laajenevat, parantaen ymmärrystämme happo-emäskemiasta eri aloilla.
Vaikka laskimemme tarjoaa pKa-arvoja tietokannasta, saatat joskus tarvita pKa:n laskemista kokeellisista tiedoista tai arvioimista eri menetelmien avulla.
Jos mittaat liuoksen pH:n ja tiedät hapon ja sen konjugaattiemäksen pitoisuudet, voit laskea pKa:
Tämä on johdettu Henderson-Hasselbalch-yhtälöstä.
Useat laskennalliset lähestymistavat voivat arvioida pKa-arvoja:
Tässä on koodiesimerkkejä pKa:n laskemiseksi eri ohjelmointikielillä:
1# Python: Laske pKa kokeellisista pH-mittauksista ja pitoisuuksista
2import math
3
4def calculate_pka_from_experiment(pH, acid_concentration, conjugate_base_concentration):
5 """
6 Laske pKa kokeellisista pH-mittauksista ja pitoisuuksista
7
8 Args:
9 pH: Mittattu pH liuoksessa
10 acid_concentration: Epämuodostuneen hapon [HA] pitoisuus mol/L
11 conjugate_base_concentration: Konjugaattiemäksen [A-] pitoisuus mol/L
12
13 Returns:
14 pKa-arvo
15 """
16 if acid_concentration <= 0 or conjugate_base_concentration <= 0:
17 raise ValueError("Pitoisuuksien on oltava positiivisia")
18
19 ratio = conjugate_base_concentration / acid_concentration
20 pKa = pH - math.log10(ratio)
21
22 return pKa
23
24# Esimerkin käyttö
25pH = 4.5
26acid_conc = 0.05 # mol/L
27base_conc = 0.03 # mol/L
28
29pKa = calculate_pka_from_experiment(pH, acid_conc, base_conc)
30print(f"Laskettu pKa: {pKa:.2f}")
311// JavaScript: Laske pH pKa:sta ja pitoisuuksista (Henderson-Hasselbalch)
2function calculatePH(pKa, acidConcentration, baseConcentration) {
3 if (acidConcentration <= 0 || baseConcentration <= 0) {
4 throw new Error("Pitoisuuksien on oltava positiivisia");
5 }
6
7 const ratio = baseConcentration / acidConcentration;
8 const pH = pKa + Math.log10(ratio);
9
10 return pH;
11}
12
13// Esimerkin käyttö
14const pKa = 4.76; // Etikkahappo
15const acidConc = 0.1; // mol/L
16const baseConc = 0.2; // mol/L
17
18const pH = calculatePH(pKa, acidConc, baseConc);
19console.log(`Laskettu pH: ${pH.toFixed(2)}`);
201# R: Funktio puskurikapasiteetin laskemiseen pKa:sta
2calculate_buffer_capacity <- function(pKa, total_concentration, pH) {
3 # Laske puskurikapasiteetti (β) mol/L
4 # β = 2.303 * C * Ka * [H+] / (Ka + [H+])^2
5
6 Ka <- 10^(-pKa)
7 H_conc <- 10^(-pH)
8
9 buffer_capacity <- 2.303 * total_concentration * Ka * H_conc / (Ka + H_conc)^2
10
11 return(buffer_capacity)
12}
13
14# Esimerkin käyttö
15pKa <- 7.21 # Fosforihapon toinen dissosiaatiovakio
16total_conc <- 0.1 # mol/L
17pH <- 7.0
18
19buffer_cap <- calculate_buffer_capacity(pKa, total_conc, pH)
20cat(sprintf("Puskurikapasiteetti: %.4f mol/L\n", buffer_cap))
211public class PKaCalculator {
2 /**
3 * Laske deprotonoituneen hapon osuus annetussa pH:ssa
4 *
5 * @param pKa Hapon pKa-arvo
6 * @param pH Liuoksen pH
7 * @return Hapon deprotonoituneen muodon osuus (0-1)
8 */
9 public static double calculateDeprotonatedFraction(double pKa, double pH) {
10 // Henderson-Hasselbalch järjestetty antamaan osuus
11 // osuus = 1 / (1 + 10^(pKa - pH))
12
13 double exponent = pKa - pH;
14 double denominator = 1 + Math.pow(10, exponent);
15
16 return 1 / denominator;
17 }
18
19 public static void main(String[] args) {
20 double pKa = 4.76; // Etikkahappo
21 double pH = 5.0;
22
23 double fraction = calculateDeprotonatedFraction(pKa, pH);
24 System.out.printf("pH:ssa %.1f, %.1f%% haposta on deprotonoitunut%n",
25 pH, fraction * 100);
26 }
27}
281' Excel-kaava pH:n laskemiseen pKa:sta ja pitoisuuksista
2' Solussa A1: pKa-arvo (esim. 4.76 etikkahapolle)
3' Solussa A2: Hapon pitoisuus mol/L (esim. 0.1)
4' Solussa A3: Konjugaattiemäksen pitoisuus mol/L (esim. 0.05)
5' Solussa A4, syötä kaava:
6=A1+LOG10(A3/A2)
7
8' Excel-kaava deprotonoituneen hapon osuuden laskemiseen
9' Solussa B1: pKa-arvo
10' Solussa B2: Liuoksen pH
11' Solussa B3, syötä kaava:
12=1/(1+10^(B1-B2))
13pKa on tietyn hapon ominaisuus ja edustaa pH:ta, jossa tarkalleen puolet happomolekyyleistä on dissosoituneita. Se on vakio tietylle hapolle tietyssä lämpötilassa. pH mittaa liuoksen happamuutta tai alkalisuutta ja edustaa vetyionipitoisuuden negatiivista logaritmia. Vaikka pKa on yhdisteen ominaisuus, pH on liuoksen ominaisuus.
Lämpötila voi vaikuttaa merkittävästi pKa-arvoihin. Yleisesti ottaen, kun lämpötila nousee, useimpien happojen pKa laskee hieman (noin 0.01-0.03 pKa-yksikköä per Celsius-aste). Tämä johtuu siitä, että happojen dissosiaatio on tyypillisesti endoterminen, joten korkeammat lämpötilat suosivat dissosiaatiota Le Chatelierin periaatteen mukaan. Laskimemme tarjoaa pKa-arvoja standardilämpötilassa 25°C (298.15 K).
Kyllä, yhdisteillä, joilla on useita ionisoituvia vetyatomeja (moniprotiset hapot), on useita pKa-arvoja. Esimerkiksi fosforihapolla (H₃PO₄) on kolme pKa-arvoa: pKa₁ = 2.12, pKa₂ = 7.21 ja pKa₃ = 12.67. Jokainen arvo vastaa peräkkäistä protonin menetystä. Yleensä protonin poistaminen vaikeutuu, joten pKa₁ < pKa₂ < pKa₃.
pKa ja happo voimakkuus ovat kääntäen suhteessa: mitä matalampi pKa-arvo, sitä vahvempi happo. Tämä johtuu siitä, että matalampi pKa viittaa korkeampaan Ka:han (happo dissosiaatio vakio), mikä tarkoittaa, että happo luovuttaa protonuja helpommin liuoksessa. Esimerkiksi suolahapolla (HCl), jonka pKa on -6.3, on paljon voimakkaampi happo kuin etikkahapolla (CH₃COOH), jonka pKa on 4.76.
Laskimemme sisältää monia yleisiä yhdisteitä, mutta kemiallinen universumi on valtava. Jos yhdisteesi ei löydy, se voi johtua:
Puskuriliuoksen pH voidaan laskea Henderson-Hasselbalch-yhtälön avulla:
Missä [emäs] on konjugaattiemäksen pitoisuus ja [happo] on heikon hapon pitoisuus. Tämä yhtälö toimii parhaiten, kun pitoisuudet ovat noin kymmenen kertaluokkaa toistensa kanssa.
Puskuriliuoksella on maksimaalinen puskurikapasiteetti (vastustus pH:n muutoksille), kun pH on yhtä suuri kuin heikon hapon pKa. Tässä vaiheessa hapon ja sen konjugaattiemäksen pitoisuudet ovat yhtä suuret, ja järjestelmällä on maksimaalinen kyky neutraloida lisättyä happoa tai emästä. Tehokas puskurointialue on yleensä pKa ± 1 pH-yksikkö.
Kyllä, pKa-arvot voivat olla negatiivisia tai suurempia kuin 14. pKa-asteikko ei ole rajoitettu pH-asteikon 0-14 alueeseen. Erittäin voimakkailla hapoilla, kuten HCl:llä, on negatiivisia pKa-arvoja (noin -6.3), kun taas erittäin heikoilla hapoilla, kuten metaanilla (CH₄), on pKa-arvoja yli 40. pH-asteikko on rajoitettu veden ominaisuuksien mukaan, mutta pKa-asteikolla ei ole teoreettisia rajoja.
Luodaksesi tehokkaan puskurin, valitse heikko happo, jonka pKa on lähellä haluttua pH:ta. Esimerkiksi:
Tämä varmistaa, että puskurisi pystyy hyvin vastustamaan pH-muutoksia.
pKa-arvot mitataan tyypillisesti vedessä, mutta ne voivat muuttua dramaattisesti eri liuottimissa. Yleisesti ottaen:
Esimerkiksi etikkahapolla on pKa 4.76 vedessä, mutta noin 12.3 DMSO:ssa.
Clayden, J., Greeves, N., & Warren, S. (2012). Organic Chemistry (2. painos). Oxford University Press.
Harris, D. C. (2015). Quantitative Chemical Analysis (9. painos). W. H. Freeman and Company.
Po, H. N., & Senozan, N. M. (2001). The Henderson-Hasselbalch Equation: Its History and Limitations. Journal of Chemical Education, 78(11), 1499-1503. https://doi.org/10.1021/ed078p1499
Bordwell, F. G. (1988). Equilibrium acidities in dimethyl sulfoxide solution. Accounts of Chemical Research, 21(12), 456-463. https://doi.org/10.1021/ar00156a004
Lide, D. R. (Ed.). (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86. painos). CRC Press.
Brown, T. E., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P. M., & Stoltzfus, M. W. (2017). Chemistry: The Central Science (14. painos). Pearson.
National Center for Biotechnology Information. PubChem Compound Database. https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/
Perrin, D. D., Dempsey, B., & Serjeant, E. P. (1981). pKa Prediction for Organic Acids and Bases. Chapman and Hall.
Kokeile pKa Arvo Laskinta nyt saadaksesi nopeasti yhdisteesi happo dissosiaatio vakion ja ymmärtääksesi sen kemiallista käyttäytymistä liuoksessa!
Löydä lisää työkaluja, jotka saattavat olla hyödyllisiä työnkulullesi