pKa kalkulator - Trenutno izračunajte konstante disocijacije kiselina

pKa je broj kojim kemičari mjere koliko je jaka kiselina u vodi. Jednak je negativnom logaritmu po bazi 10 konstante disocijacije kiseline, Ka, i pokazuje koliko lako molekula otpušta vodikov ion (H⁺). Niže vrijednosti pKa znače jače kiseline, a više vrijednosti slabije. Ovaj kalkulator u referentnoj tablici uobičajenih kiselina i baza pronalazi vrijednost pKa za kemijsku formulu, kao što su CH3COOH ili HCl.

Što je pKa?

Kiselina je tvar koja otopljena u vodi može otpustiti vodikov ion, H⁺. Neke kiseline taj ion otpuštaju lako. Druge ga čvrsto zadržavaju. pKa je broj koji pokazuje tu razliku.

Niska vrijednost pKa, uključujući negativne brojeve, znači da kiselina lako otpušta proton i da je jaka kiselina. Visoka vrijednost pKa znači da kiselina zadržava proton i da je slaba kiselina.

Formula za pKa

Kada se kiselina (HA) otopi u vodi, reagira u reverzibilnoj reakciji:

HA + H₂O ⇌ A⁻ + H₃O⁺

HA je kiselina. A⁻ je njezina konjugirana baza, dio koji preostaje nakon što kiselina izgubi proton. H₃O⁺ je hidronijev ion, molekula vode koja je prihvatila otpušteni proton.

U ravnoteži koncentracije tih triju dijelova određuju konstantu disocijacije kiseline, Ka:

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

gdje je $K_a$ konstanta disocijacije kiseline, a uglate zagrade označavaju koncentraciju svake kemijske vrste u ravnoteži.

pKa je negativni logaritam po bazi 10 vrijednosti Ka:

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

Kemičari upotrebljavaju pKa umjesto Ka jer vrijednosti Ka mogu biti iznimno velike ili iznimno male te obuhvaćati mnoge potencije broja deset. Logaritamska transformacija pretvara te brojeve u kompaktnu ljestvicu koju je lakše očitati i uspoređivati; iz istog se razloga upotrebljava ljestvica pH umjesto izravne koncentracije vodikovih iona. Veći Ka znači da se veći udio kiseline razdvaja na ione, pa veći Ka uvijek odgovara manjem pKa. Zato niži pKa znači jaču kiselinu.

Kako izračunati pKa

Baza podataka na kojoj se ovaj kalkulator temelji sadrži vrijednosti pKa izravno izmjerene u pokusima. Međutim, pKa se može izračunati i iz pH vrijednosti otopine ako su poznate koncentracije kiseline i njezine konjugirane baze, preuređivanjem Henderson-Hasselbalchove jednadžbe:

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

Ova je metoda najtočnija kada je pH otopine blizu samog pKa, jer tada male mjerne pogreške najmanje utječu na rezultat.

Primjer izračuna

Octena kiselina (CH3COOH), kiselina u octu, ima pKa od 4,76.

Da bi se pronašao njezin Ka, formula se preuređuje:

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

Za pronalaženje pH vrijednosti otopine u kojoj je acetatni ion (A⁻) 1,7 puta koncentriraniji od nedisocirane kiseline (HA), Henderson-Hasselbalchova jednadžba primjenjuje se u obrnutom smjeru:

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

pKa i jakost kiseline

Vrijednosti pKa obično se kreću od približno −10 za najjače kiseline do 50 za najslabije. Većina kiselina koje se upotrebljavaju u školi ili istraživačkom laboratoriju ima vrijednosti između −10 i 15. U tablici u nastavku navedene su primjerene vrijednosti.

Korisno je pravilo: pKa kiseline jednak je pH vrijednosti pri kojoj je točno polovica njezinih molekula otpustila proton. Ta je točka važna za puferske otopine, opisane u nastavku.

Zašto je pKa važan

Puferska otopina opire se promjenama pH vrijednosti kada se dodaju male količine kiseline ili baze. Pufer najbolje djeluje kada je njegov pKa unutar približno jedne pH jedinice od ciljane pH vrijednosti, jer tada mješavina kiseline i konjugirane baze može vezati najveću količinu dodane kiseline ili baze. Fosfatni pufer blizu pH 7 i acetatni pufer blizu pH 4,76 oslanjaju se na ovo pravilo.

U tijelu pKa utječe na prolazak lijekova kroz stanične membrane. Samo neionizirani oblik molekule, odnosno oblik bez električnog naboja, lako prolazi kroz masnu membranu stanice. Aspirin, slaba kiselina, u kiseloj želučanoj sredini (pH 1 do 2) uglavnom ostaje neioniziran i ondje se apsorbira. Kada dospije u krvotok približno neutralne pH vrijednosti, veći se dio pretvara u ionizirani oblik.

pKa također utječe na savijanje proteina i djelovanje enzima. Bočni lanci aminokiselina dobivaju ili gube protone ovisno o okolnom pH, što mijenja njihov električni naboj i ponašanje.

Neke kiseline imaju više od jedne vrijednosti pKa jer mogu izgubiti više od jednog protona. Fosforna kiselina (H3PO4) može izgubiti tri protona, jedan po jedan. Svaki sljedeći pKa viši je od prethodnoga jer je potrebno više energije za uklanjanje protona s molekule koja već ima negativan naboj. Ovaj kalkulator prikazuje prvi, najniži pKa za takve kiseline.

Često postavljana pitanja

Koja je razlika između pKa i pH?

pKa je stalno svojstvo određene kiseline. pH opisuje kiselost stvarne otopine i mijenja se svaki put kada joj se doda kiselina ili baza. Octena kiselina uvijek ima pKa od 4,76, ali otopina koja sadržava octenu kiselinu može imati gotovo bilo koji pH, ovisno o tome koliko je kiseline otopljeno i što je još umiješano.

Može li pKa biti negativan ili veći od 14?

Da. Ljestvica pH u vodi proteže se približno od 0 do 14, ali pKa nema takvo ograničenje. Jake kiseline poput klorovodične kiseline (pKa −6,3) imaju negativne vrijednosti, a vrlo slabe kiseline poput etana (pKa 50) imaju vrlo visoke vrijednosti.

Zašto neke kiseline imaju više od jedne vrijednosti pKa?

Kiselina koja ima više od jednog vodikovog iona za otpuštanje gubi ih jedan po jedan, a svaki korak ima vlastitu ravnotežu i vlastiti pKa. Fosforna kiselina ima tri vrijednosti pKa jer može uzastopno izgubiti tri protona, pri čemu je svaki sljedeći teže ukloniti od prethodnoga.

Kako temperatura utječe na pKa?

Većina se vrijednosti pKa malo mijenja s temperaturom jer je disocijacija kiseline obično endotermna reakcija, što znači da apsorbira toplinu. Zagrijavanje otopine pogoduje većoj disocijaciji, čime se Ka malo povećava, a pKa smanjuje. Referentne tablice, uključujući onu na kojoj se ovaj kalkulator temelji, obično navode jednu vrijednost pKa za standardne uvjete.

Zašto se neki spoj ne prikazuje u kalkulatoru?

Kalkulator uspoređuje formule s utvrđenim popisom uobičajenih kiselina i baza. Očekuje zapis običnim tekstom, kao što je H2SO4 umjesto H₂SO₄, pri čemu su elementi navedeni standardnim redoslijedom. Ako je formula ispravno upisana, ali se rezultat i dalje ne prikazuje, spoj se vjerojatno ne nalazi na tom referentnom popisu. Kemijska baza podataka poput PubChema umjesto toga možda navodi njegovu vrijednost.

Kako se pKa upotrebljava za odabir pufera?

Pufer najbolje djeluje unutar približno jedne pH jedinice od pKa svoje kiseline. Za održavanje otopine blizu pH 7 kemičar bi, na primjer, odabrao kiselinu čiji je pKa blizu 7, jer su tada kiselina i njezina konjugirana baza prisutne u sličnim količinama i mogu neutralizirati najveću količinu dodane kiseline ili baze.