Kemiallisissa laskutoimituksissa käytetään yleisemmin termiä ’pKa’ kuin ’Ka’. Tästä huolimatta näiden kahden käsitteen välillä on paljon sekaannusta. Tässä ScienceStruckin postauksessa kerrotaan, miten pKa muunnetaan Ka:ksi näitä kahta arvoa yhdistävän yhtälön avulla.
Tiesitkö?
Huolimatta yleisestä käsityksestä, jonka mukaan vain vahvat hapot voivat polttaa ihoa, myös vahvoilla emäksillä on sama vaikutus. Lisäksi hapot ja emäkset neutralisoivat aina toisensa.
Haluatko kirjoittaa meille? No, etsimme hyviä kirjoittajia, jotka haluavat levittää sanaa. Ota yhteyttä, niin jutellaan…
Tehdään töitä yhdessä!
Minkä tahansa aineen kemiallinen luonne riippuu sen tuottamista varatuista hiukkasista, joita kutsutaan ”ioneiksi”. Tämän periaatteen mukaan happo on aine, joka luovuttaa helposti vetyionejaan (joita kutsutaan protoneiksi) liuetessaan veteen. Toisaalta emäs on aine, joka ottaa helposti vastaan tällaisia vapaita protoneja. Sen perusteella, kuinka innokkaasti nämä aineet luovuttavat tai ottavat vastaan tällaisia protoneja, ne luokitellaan ”vahvoiksi” tai ”heikoiksi”. Näin Brønsted-Lowryn teoria kuvaa hapon ja emäksen käsitettä.
Vaikka pH on suosittu arvo, jota käytetään osoittamaan aineen tuottamien protonien määrää, on olemassa muitakin suureita, kuten Ka, Kb, pKa ja pKb, joita käytetään selittämään näiden aineiden vahvuutta. Kemistit käyttävät niitä yleisesti päättääkseen kemiallisten reagoivien aineiden vahvuudesta laboratorioissa ja farmaseutit ymmärtääkseen lääkkeiden annostusta. Näitä arvoja voidaan kuitenkin käyttää vain Brønsted-hapoille ja -emäksille eli aineille, jotka luovuttavat tai ottavat vastaan protoneja. Tämä johtuu siitä, että muut teoriat, kuten Lewisin teoria, määrittelevät hapot ja emäkset elektroninsiirtojen perusteella, joten Ka:n ja pKa:n kaltaiset arvot, jotka käsittelevät protoneja, menettävät merkityksensä. Seuraavissa kappaleissa kuvataan hapon pKa-arvon muuntamista sen Ka-arvoksi.
Mikä on Kₐ?
Ka tunnetaan nimellä ”hapon dissosiaatiovakio”. Kun happo liuotetaan veteen, sen molekyylit jakautuvat erilaisiksi ioneiksi (atomeiksi, joilla on positiivinen tai negatiivinen varaus).
Hapon vesiliuoksessa on milloin tahansa joitakin ehjiä molekyylejä ja joitakin ioneja. Se, onko happo vahva vai heikko, riippuu näiden molekyylien ja ionien suhteesta. Jos ioneja on enemmän kuin happomolekyylejä, happo on vahva, koska se jakautuu helposti ioneiksi (dissosioituu) . Toisaalta, jos molekyylien määrä ylittää ionien määrän, happo on heikko, koska se ei muodosta helposti ioneja. Näin ollen hapon dissosiaatiovakio (Ka) kertoo, onko happo vahva vai heikko. Olkoon ’HA’ molekyyli happoa vesiliuoksessa, jolloin se dissosioituu ioneiksi alla esitetyllä tavalla.
HA (happo) ⇋ H+ (protoni) + A- (konjugoitu emäs)
Ka:n arvo tälle hapolle saadaan seuraavan yhtälön avulla.
Ka= ÷
Jos Ka:n arvo on suuri, happo on vahva, koska yhtälön osoittaja (ionien konsentraatio) on suuri. Jos Ka:n arvo on pieni, se tarkoittaa, että nimittäjä (molekyylien pitoisuus) on suurempi kuin osoittaja, ja happo on heikko.
Mikä on pKₐ?
Kirjoitatko meille? No, me etsimme hyviä kirjoittajia, jotka haluavat levittää sanaa. Ota yhteyttä niin jutellaan…
Tehdään töitä yhdessä!
Termi pKa ei ole mitään muuta kuin hapon dissosiaatiovakion (Ka) negatiivinen logaritmi 10:n peruslukuun muutettuna.
Todellisuudessa termi ’p’ ennen mitä tahansa arvoa kemiassa tarkoittaa, että kyseisen arvon negatiivinen logaritmi on otettu. Näin tehdään, koska Ka:n arvo on usein liian suuri tai liian pieni, joten pKa on parempi vaihtoehto kemiallisissa laskelmissa. Yleisesti on kuitenkin havaittavissa, että termiä ”hapon dissosiaatiovakio” käytetään virheellisesti viittaamaan sekä Ka- että pKa-arvoihin, vaikka se soveltuu vain ensin mainittuun.
Seuraava yhtälö kuvaa pKa:n ja Ka:n suhdetta.
pKa = -log10(Ka)
Yllä olevasta yhtälöstä käy ilmi, että mitä korkeampi Ka-arvo on, sitä alhaisempi on pKa. Näin ollen vahvoilla hapoilla on korkea Ka-arvo ja matala pKa, kun taas heikoilla hapoilla on matalat Ka-arvot ja korkea pKa.
pKₐ:ksi Kₐ:ksi muuntaminen
Sen vuoksi, että pKa:n arvo on Ka:n negatiivinen logaritmi, Ka:n arvo voidaan laskea yksinkertaisesti kääntämällä yllä oleva yhtälö toisinpäin. Ka on siis pKa:n negatiivin antilogaritmi.
Ka = antilog (-pKa)
Luvun x logaritmi on eksponentti, jota lukua 10 on korotettava, jotta saadaan x. Esimerkiksi luvun 1000 tapauksessa 10:llä on oltava eksponentti 3, jotta saadaan 1000:n arvo, eli 103 = 1000. Näin ollen 1000:n logaritmi on 3. Toisaalta, jos meille annetaan vain logaritminen arvo, eli 3, niin löytääksemme sen luvun arvon, josta tämä logaritmi on saatu, meidän on otettava tämän logaritmisen arvon antilogaritmi.
Antilogi (logaritmi) = Antilogi 3 = 1000 = 103 = 10logaritmi
ts, eksponentin (logaritmin) antilogaritmi antaa 10:n arvon korotettuna kyseiseen eksponenttiin, eli 10:n arvon korotettuna itse logaritmiin. Näin ollen,
Antilogaritmi (-pKa) = 10(-pKa)
Siten toinen kaava pKa:n muuntamiseksi Ka:ksi on löytää 10:n arvo korotettuna negatiiviseen pKa-arvoon.
Ka = 10(-pKa)
Ka = 10(-pKa)
Esimerkki
Asettakaamme, että meille on annettu suolahapon pKa-arvo pKa = -7. Etsitään sen Ka-arvo edellä esitetyistä lausekkeista.
Ka = antilog (7) = 107 (Koska -(-7) = 7)
Matalat pKa-arvot ja suuret Ka-arvot osoittavat, että suolahappo on vahva happo, joka pilkkoutuu helposti ioneihinsa (H+ ja Cl-).
On selvää, miten Ka-arvo voidaan laskea yhdellä askeleella, jos pKa-arvo on käytettävissä. Happoja, joiden Ka-arvo on alle 1, pidetään heikkoina, kun taas happoja, joiden arvo on yli 1, pidetään vahvoina.