El término ‘pKa’ se utiliza más comúnmente en los cálculos químicos en comparación con ‘Ka’. A pesar de ello, hay mucha confusión entre ambos conceptos. Este post de ScienceStruck te explica cómo convertir pKa en Ka, con la ayuda de una ecuación que relaciona ambos valores.
¿Sabías que?
A pesar de la noción general de que sólo los ácidos fuertes pueden quemar la piel, las bases fuertes también tienen el mismo efecto. Además, los ácidos y las bases siempre se neutralizan entre sí.
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La naturaleza química de cualquier sustancia depende de las partículas cargadas que produce, llamadas «iones». Según este principio, un ácido es una sustancia que dona fácilmente sus iones de hidrógeno (llamados protones) cuando se disuelve en agua. Por otro lado, una base es una sustancia que acepta fácilmente esos protones libres. En función de la rapidez con la que estas sustancias donan o aceptan dichos protones, se clasifican como «fuertes» o «débiles». Así es como la Teoría de Brønsted-Lowry describe el concepto de un ácido y una base.
Mientras que el pH es un valor popular utilizado para indicar el número de protones que produce una sustancia, hay otras cantidades, como Ka, Kb, pKa y pKb, utilizadas para explicar la fuerza de estas sustancias. Los químicos las utilizan habitualmente para decidir la fuerza de los reactivos químicos en los laboratorios, y los farmacéuticos para conocer la dosis de los medicamentos. Sin embargo, estos valores sólo pueden utilizarse para los ácidos y las bases de Brønsted, es decir, aquellas sustancias que dan o aceptan protones. Esto se debe a que otras teorías, como la de Lewis, definen los ácidos y las bases en términos de transferencias de electrones, por lo que valores como Ka y pKa, que se refieren a los protones, pierden su relevancia. Las siguientes secciones describen la conversión del valor pKa de un ácido a su valor Ka.
¿Qué es Kₐ?
Ka se conoce como la «constante de disociación del ácido». Cuando un ácido se disuelve en agua, sus moléculas se dividen en diferentes iones (átomos con cargas positivas o negativas).
En un momento dado, la solución acuosa de un ácido contiene algunas moléculas intactas y algunos iones. Que el ácido sea fuerte o débil depende de la proporción de estas moléculas e iones. Si el número de iones supera al de las moléculas de ácido, entonces el ácido es fuerte, ya que se divide fácilmente en iones (se disocia) . Por el contrario, si el número de moléculas supera al de los iones, el ácido es débil, ya que no forma iones con facilidad. Por tanto, la constante de disociación del ácido (Ka) nos indica si un ácido es fuerte o débil. Sea ‘HA’ una molécula de un ácido en una solución acuosa.Entonces se disocia en iones, como se da a continuación.
HA (ácido) ⇋ H+ (protón) + A- (base conjugada)
El valor de Ka para este ácido viene dado por la siguiente ecuación.
Ka= ÷
Si el valor de Ka es alto, entonces el ácido es fuerte, ya que el numerador (concentración de iones) en la ecuación es alto. Si el valor de Ka es bajo, significa que el denominador (concentración de moléculas) es mayor que el numerador, y el ácido es débil.
¿Qué es el pKₐ?
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El término pKa no es más que el logaritmo negativo de la constante de disociación de los ácidos (Ka), llevado a la base 10.
De hecho, el término ‘p’ delante de cualquier valor en química significa que se ha tomado el logaritmo negativo de ese valor. Esto se hace porque el valor de Ka es a menudo demasiado grande o demasiado pequeño, por lo que el pKa es una mejor alternativa para los cálculos químicos. Sin embargo, es común ver que el término «constante de disociación del ácido» se utiliza incorrectamente para referirse a ambos, los valores Ka y pKa , cuando sólo es apto para el primero.
La siguiente ecuación describe la relación de pKa con Ka.
pKa = -log10(Ka)
De la ecuación anterior se desprende que cuanto mayor sea el valor Ka, menor será pKa. Así, los ácidos fuertes tienen un Ka alto y un pKa bajo, mientras que los ácidos débiles tienen un valor Ka bajo y un pKa alto.
Conversión de pKₐ a Kₐ
Como pKa es el logaritmo negativo de Ka, el valor de Ka puede calcularse simplemente invirtiendo la ecuación anterior. Así, Ka es el antilogaritmo del negativo de pKa.
Ka = antilog (-pKa)
El logaritmo de un número x es el exponente que debe elevar el número 10, para obtener x. Por ejemplo, en el caso del número 1000, 10 debe tener el exponente 3 para obtener 1000, es decir, 103 = 1000. Por lo tanto, el logaritmo de 1000 es 3. Por otro lado, si nos dan sólo el valor logarítmico, es decir, 3, entonces, para encontrar el valor del número del que se obtuvo este logaritmo, tenemos que tomar el antilogaritmo de este valor logarítmico.
Antilog (logaritmo) = Antilog 3 = 1000 = 103 = 10logaritmo
es decir, el antilogaritmo del exponente (logaritmo) da el valor de 10 elevado a ese exponente, es decir, el valor de 10 elevado al propio logaritmo. Por lo tanto,
Antilog (-pKa) = 10(-pKa)
Así, otra fórmula para convertir pKa en Ka es encontrar el valor de 10 elevado al valor negativo de pKa.
Ka = 10(-pKa)
Ejemplo
Supongamos que nos dan el valor de pKa del ácido clorhídrico, pKa = -7. Hallemos su valor de Ka a partir de las expresiones anteriores.
Ka = antilog (7) = 107 (Ya que -(-7) = 7)
Los valores bajos de pKa y grandes de Ka indican que el ácido clorhídrico es un ácido fuerte, que se divide fácilmente en sus iones (H+ y Cl-).
Está claro cómo se puede calcular el valor de Ka en un solo paso, si se dispone del valor de pKa. Los ácidos con un valor Ka inferior a 1 se consideran débiles, mientras que los que tienen valores superiores a 1 son fuertes.