Wyjaśnienie pH, pKa, Ka, pKb i Kb

W chemii istnieją podobne skale używane do pomiaru kwasowości lub zasadowości roztworu siła kwasów i zasad. Chociaż skala pH jest najbardziej znany pKa, Ka, pKb, i Kb są powszechnymi obliczeniami, które oferują wgląd w reakcje kwasowo-zasadowe. Oto wyjaśnienie terminów i różnic między nimi.

Ilekroć widzisz „p” przed wartością, np pH, pKa, i pKb, oznacza to, że masz do czynienia z -log wartości następującej po „p”. Na przykład pKa jest dziennikiem Ka. Ze względu na sposób działania funkcji dziennika mniejszy pKa oznacza większą Ka. pH jest logarytmem stężenia jonów wodoru i tak dalej.

pH i pOH są powiązane, podobnie jak Ka, pKa, Kb i pKb. Jeśli znasz pH, możesz obliczyć pOH. Jeśli znasz stałą równowagi, możesz obliczyć pozostałe.

pH jest miarą stężenia jonów wodoru [H +] w roztworze wodnym (wodnym). Skala pH wynosi od 0 do 14. Niska wartość pH wskazuje na kwasowość, wartość pH 7 jest obojętna, a wysoka wartość pH oznacza zasadowość. Wartość pH może ci powiedzieć, czy masz do czynienia z kwasem czy zasadą, ale ma ograniczoną wartość wskazującą prawdziwą siłę kwasu zasady. Wzory do obliczania pH i pOH to:

pH = - log [H +]

pOH = - log [OH-]

W temperaturze 25 stopni Celsjusza:

pH + pOH = 14

Ka, pKa, Kb i pKb są najbardziej pomocne w przewidywaniu, czy gatunek przekaże lub przyjmie protony o określonej wartości pH. Opisują stopień jonizacji kwasu lub zasady i są prawdziwymi wskaźnikami siły kwasu lub zasady, ponieważ dodanie wody do roztworu nie zmieni stałej równowagi. Ka i pKa dotyczą kwasów, a Kb i pKb dotyczą zasad. Jak pH i pOH, wartości te uwzględniają również stężenie jonów wodorowych lub protonów (dla Ka i pKa) lub stężenie jonów wodorotlenkowych (dla Kb i pKb).

Ka i Kb są ze sobą powiązane poprzez stałą jonową wody, Kw:

• Kw = Ka x Kb

Ka jest stałą dysocjacji kwasu. pKa jest po prostu dziennikiem tej stałej. Podobnie, Kb jest podstawową stałą dysocjacji, podczas gdy pKb jest -log stałej. Stałe dysocjacji kwasu i zasady są zwykle wyrażane w molach na litr (mol / l). Kwasy i zasady dysocjują zgodnie z ogólnymi równaniami:

• HA + H₂O ⇆ A^- + H₃O⁺
• HB + H₂O ⇆ B⁺ + OH^-

We wzorach A oznacza kwas, a B zasadę.

• Ka = [H +] [A -] / [HA]
• pKa = - log Ka
• w połowie punktu równoważności pH = pKa = -log Ka

Duża wartość Ka wskazuje na mocny kwas, ponieważ oznacza, że ​​kwas jest w dużej mierze zdysocjowany na swoje jony. Duża wartość Ka oznacza również, że korzystne jest tworzenie produktów w reakcji. Mała wartość Ka oznacza, że ​​niewiele kwasu dysocjuje, więc masz słaby kwas. Wartość Ka dla większości słabych kwasów wynosi od 10^-2 do 10^-14.

PKa podaje te same informacje, tylko w inny sposób. Im mniejsza wartość pKa, tym mocniejszy kwas. Słabe kwasy mają pKa w zakresie 2-14.

Kb jest podstawową stałą dysocjacji. Podstawowa stała dysocjacji jest miarą tego, jak całkowicie zasada dysocjuje na jony składowe w wodzie.

• Kb = [B +] [OH -] / [BOH]
• pKb = -log Kb

Duża wartość Kb wskazuje na wysoki poziom dysocjacji silnej bazy. Niższa wartość pKb wskazuje na silniejszą bazę.

pKa i pKb są powiązane prostą relacją:

• pKa + pKb = 14

Kolejnym ważnym punktem jest pI. To jest punkt izoelektryczny. Jest to pH, w którym białko (lub inna cząsteczka) jest elektrycznie obojętne (nie ma ładunku elektrycznego netto).