Free Press

V chemických výpočtech se častěji používá termín „pKa“ ve srovnání s „Ka“. Přesto dochází k častým záměnám těchto dvou pojmů. V tomto příspěvku na serveru ScienceStruck se dozvíte, jak převést pKa na Ka pomocí rovnice vztahující se k oběma hodnotám.

Víte, že?“

Přes obecnou představu, že kůži mohou spálit pouze silné kyseliny, mají stejný účinek i silné zásady. Navíc se kyseliny a zásady vždy navzájem neutralizují.

Chemická povaha každé látky závisí na nabitých částicích, které vytváří a kterým se říká „ionty“. Podle tohoto principu je kyselina látka, která při rozpuštění ve vodě ochotně odevzdává své vodíkové ionty (nazývané protony). Naproti tomu zásada je látka, která tyto volné protony snadno přijímá. Podle toho, jak ochotně tyto látky tyto protony odevzdávají nebo přijímají, se dělí na „silné“ nebo „slabé“. Takto popisuje pojem kyseliny a zásady Brønstedova-Lowryho teorie.

Pokud je pH oblíbenou hodnotou, která udává počet protonů, které látka produkuje, existují i další veličiny, jako Ka, Kb, pKa a pKb, které se používají k vysvětlení síly těchto látek. Běžně je používají chemici k rozhodování o síle chemických reaktantů v laboratořích a farmaceuti k pochopení dávkování léčiv. Tyto hodnoty však lze použít pouze pro Brønstedovy kyseliny a zásady, tj. látky, které dávají nebo přijímají protony. Je to proto, že jiné teorie, například Lewisova teorie, definují kyseliny a zásady z hlediska přenosu elektronů, takže hodnoty jako Ka a pKa, které se týkají protonů, ztrácejí svůj význam. Následující části popisují převod hodnoty pKa kyseliny na její hodnotu Ka.

Co je Kₐ?

Ka je známá jako „disociační konstanta kyseliny“. Při rozpouštění kyseliny ve vodě se její molekuly štěpí na různé ionty (atomy s kladným nebo záporným nábojem).

V každém okamžiku obsahuje vodný roztok kyseliny některé neporušené molekuly a některé ionty. Na poměru těchto molekul a iontů závisí, zda je kyselina silná nebo slabá. Pokud počet iontů převyšuje počet molekul kyseliny, pak je kyselina silná, protože se snadno štěpí na ionty (disociuje) . Na druhé straně, pokud počet molekul převyšuje počet iontů, pak je kyselina slabá, protože nesnadno tvoří ionty. Disociační konstanta kyseliny (Ka) nám tedy říká, zda je kyselina silná nebo slabá. Nechť „HA“ je molekula kyseliny ve vodném roztoku, která pak disociuje na ionty, jak je uvedeno níže.

HA (kyselina) ⇋ H+ (proton) + A- (konjugovaná zásada)

Velikost Ka pro tuto kyselinu je dána následující rovnicí.

Ka= ÷

Je-li hodnota Ka vysoká, pak je kyselina silná, protože čitatel (koncentrace iontů) v rovnici je vysoký. Pokud je hodnota Ka nízká, znamená to, že jmenovatel (koncentrace molekul) je vyšší než čitatel a kyselina je slabá.

Co je to pKₐ

Pojmem pKa se nemyslí nic jiného než záporný logaritmus disociační konstanty kyseliny (Ka), převzatý do základu 10. V tomto případě se jedná o záporný logaritmus.

V podstatě výraz „p“ před jakoukoli hodnotou v chemii znamená, že byl vzat záporný logaritmus této hodnoty. Dělá se to proto, že hodnota Ka je často příliš velká nebo příliš malá, takže pKa je pro chemické výpočty lepší alternativou. Běžně se však setkáváme s tím, že termín „disociační konstanta kyseliny“ se nesprávně používá pro obě hodnoty, Ka i pKa , ačkoli je vhodný pouze pro první z nich.

Následující rovnice popisuje vztah pKa ke Ka.

pKa = -log10(Ka)

Z uvedené rovnice je zřejmé, že čím vyšší je hodnota Ka, tím nižší bude pKa. Silné kyseliny tedy mají vysoké Ka a nízké pKa, zatímco slabé kyseliny mají nízké hodnoty Ka a vysoké pKa.

pKₐ na Kₐ Převod

Protože pKa je záporný logaritmus Ka, lze hodnotu Ka vypočítat jednoduše obrácením výše uvedené rovnice. Ka je tedy antilogaritmus záporné hodnoty pKa.

Ka = antilog (-pKa)

Logaritmus čísla x je exponent, o který je třeba zvýšit číslo 10, abychom dostali x. Například v případě čísla 1000 musí mít číslo 10 exponent 3, abychom dostali 1000, tj. 103 = 1000. Logaritmus čísla 1000 je tedy 3. Na druhou stranu, pokud je nám dána pouze logaritmická hodnota, tj. 3, pak, abychom zjistili hodnotu čísla, ze kterého byl tento logaritmus získán, musíme vzít antilogaritmus této logaritmické hodnoty.

Antilog (logaritmus) = Antilog 3 = 1000 = 103 = 10logaritmus

tj, antilogaritmus exponentu (logaritmu) udává hodnotu 10 zvýšenou na tento exponent, tj. hodnotu 10 zvýšenou na samotný logaritmus. Proto,

Antilog (-pKa) = 10(-pKa)

Dalším vzorcem pro převod pKa na Ka je tedy nalezení hodnoty 10 zvýšené na zápornou hodnotu pKa.

Ka = 10(-pKa)

Příklad

Předpokládejme, že máme danou hodnotu pKa kyseliny chlorovodíkové, pKa = -7. Zjistíme její hodnotu Ka z výše uvedených výrazů.

Ka = antilog (7) = 107 (protože -(-7) = 7)

Nízká pKa a velké hodnoty Ka naznačují, že kyselina chlorovodíková je silná kyselina, která se snadno štěpí na své ionty (H+ a Cl-).

Je zřejmé, jak lze hodnotu Ka vypočítat v jediném kroku, máme-li k dispozici hodnotu pKa. Kyseliny s hodnotou Ka menší než 1 jsou považovány za slabé, zatímco kyseliny s hodnotami vyššími než 1 jsou silné.