pKa калкулатор - Тренутно израчунавање константи киселинске дисоцијације

pKa је број који хемичари користе за мерење јачине киселине у води. Једнак је негативном логаритму са основом 10 константе дисоцијације киселине Ka и показује колико лако молекул отпушта водоников јон (H⁺). Ниже вредности pKa означавају јаче киселине, а више вредности слабије. Овај калкулатор проналази вредност pKa за хемијску формулу, као што су CH3COOH или HCl, у референтној табели уобичајених киселина и база.

Шта је pKa?

Киселина је супстанца која може да отпусти водоников јон, H⁺, када се раствори у води. Неке киселине лако отпуштају тај јон, док га друге чврсто задржавају. pKa је број који показује ту разлику.

Ниска вредност pKa, укључујући негативне бројеве, значи да киселина лако отпушта протон и да је јака киселина. Висока вредност pKa значи да киселина задржава протон и да је слаба киселина.

Формула за pKa

Када се киселина (HA) раствори у води, реагује у повратној реакцији:

HA + H₂O ⇌ A⁻ + H₃O⁺

HA је киселина. A⁻ је њена коњугована база, део који преостаје након што киселина изгуби протон. H₃O⁺ је хидронијумов јон, молекул воде који је прихватио отпуштени протон.

У равнотежи, концентрације ова три дела одређују константу дисоцијације киселине, Ka:

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

где је $K_a$ константа дисоцијације киселине, а угласте заграде означавају концентрацију сваке врсте у равнотежи.

pKa је негативни логаритам са основом 10 константе Ka:

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

Хемичари користе pKa уместо Ka зато што вредности Ka могу бити изузетно велике или изузетно мале и обухватати много степена броја десет. Логаритмовање те бројеве претвара у компактну скалу коју је лакше читати и поредити, из истог разлога из ког се користи pH скала уместо сирове концентрације водоникових јона. Већа вредност Ka значи да се више киселине раздваја на јоне, па већа вредност Ka увек одговара мањој вредности pKa. Зато нижа вредност pKa означава јачу киселину.

Како се израчунава pKa

База података иза овог калкулатора чува вредности pKa измерене директно у експериментима. Међутим, pKa се може израчунати и из pH вредности раствора ако су познате концентрације киселине и њене коњуговане базе, преуређивањем Хендерсон–Хаселбалхове једначине:

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

Ова метода је најтачнија када је pH раствора близу саме вредности pKa, јер мале мерне грешке тада најмање утичу на резултат.

Решени пример

Сирћетна киселина (CH3COOH), киселина у сирћету, има pKa од 4,76.

Да би се пронашла њена вредност Ka, формула се обрће:

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

Да би се пронашао pH раствора у коме је ацетатни јон (A⁻) 1,7 пута концентрованији од недисоциране киселине (HA), Хендерсон–Хаселбалхова једначина се користи у обрнутом смеру:

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

pKa и јачина киселине

Вредности pKa се обично крећу од око −10 за најјаче киселине до 50 за најслабије. Већина киселина које се користе у школској или истраживачкој лабораторији има вредности између −10 и 15. Табела у наставку наводи примере вредности.

Корисно правило гласи: pKa киселине једнак је pH вредности при којој је тачно половина њених молекула отпустила протон. Та тачка је важна за пуферске растворе, описане у наставку.

Зашто је pKa важан

Пуферски раствор се супротставља променама pH вредности када се додају мале количине киселине или базе. Пуфер најбоље делује када је његов pKa удаљен највише око једне pH јединице од циљне pH вредности, јер тада смеша киселине и коњуговане базе може да веже највећу количину додате киселине или базе. Фосфатни пуфер близу pH вредности 7 и ацетатни пуфер близу pH вредности 4,76 ослањају се на ово правило.

У организму, pKa утиче на пролазак лекова кроз ћелијске мембране. Само нејонизовани облик молекула, односно облик без електричног наелектрисања, лако пролази кроз масну мембрану ћелије. Аспирин, слаба киселина, у киселом желуцу (pH од 1 до 2) углавном остаје нејонизован и тамо се апсорбује. Када стигне у крвоток чији је pH близу неутралног, већи део прелази у јонизовани облик.

pKa такође утиче на савијање протеина и рад ензима. Бочни ланци аминокиселина добијају или губе протоне у зависности од околног pH, што мења њихово електрично наелектрисање и понашање.

Неке киселине имају више од једне вредности pKa јер могу да изгубе више од једног протона. Фосфорна киселина (H3PO4) може да изгуби три протона, један по један. Свака следећа вредност pKa виша је од претходне, јер је потребно више енергије да се протон одвоји од молекула који већ има негативно наелектрисање. Овај калкулатор приказује прву, најнижу вредност pKa за такве киселине.

Најчешће постављана питања

Која је разлика између pKa и pH?

pKa је стално својство одређене киселине. pH описује киселост стварног раствора и мења се кад год му се дода киселина или база. Сирћетна киселина увек има pKa од 4,76, али раствор који садржи сирћетну киселину може имати готово било коју pH вредност, у зависности од количине растворене киселине и других додатих супстанци.

Може ли pKa бити негативан или већи од 14?

Да. pH скала у води креће се приближно од 0 до 14, али pKa нема такво ограничење. Јаке киселине, као што је хлороводонична киселина (pKa −6,3), имају негативне вредности, а веома слабе киселине, као што је етан (pKa 50), имају веома високе вредности.

Зашто неке киселине имају више од једне вредности pKa?

Киселина са више од једног водониковог јона који може да отпусти губи их један по један, а сваки корак има сопствену равнотежу и сопствену вредност pKa. Фосфорна киселина има три вредности pKa јер може да изгуби три протона редом, при чему је сваки следећи теже уклонити него претходни.

Како температура утиче на pKa?

Већина вредности pKa благо се мења с температуром, јер је дисоцијација киселине обично ендотермна реакција, што значи да апсорбује топлоту. Загревање раствора подстиче већу дисоцијацију, што мало повећава Ka и смањује pKa. Референтне табеле, укључујући и ону иза овог калкулатора, обично наводе једну вредност pKa за стандардне услове.

Зашто се неко једињење не појављује у калкулатору?

Калкулатор упоређује формуле са утврђеним списком уобичајених киселина и база. Очекује запис у обичном тексту, као што је H2SO4 уместо H₂SO₄, са елементима наведеним стандардним редоследом. Ако је формула исправно унета, али се и даље не добија резултат, једињење се вероватно не налази на овом референтном списку. Хемијска база података као што је PubChem можда наводи вредност за њега.

Како се pKa користи за избор пуфера?

Пуфер најбоље делује унутар око једне pH јединице од pKa своје киселине. На пример, да би се раствор одржао близу pH вредности 7, хемичар би изабрао киселину чији је pKa близу 7, јер су тада киселина и њена коњугована база присутне у сличним количинама и могу да неутралишу највећу количину додате киселине или базе.