Il termine ‘pKa’ è più usato nei calcoli chimici rispetto a ‘Ka’. Nonostante questo, c’è molta confusione tra i due concetti. Questo post di ScienceStruck ti dice come convertire pKa in Ka, con l’aiuto di un’equazione che mette in relazione i due valori.
Lo sapevi?
Nonostante la nozione generale che solo gli acidi forti possono bruciare la pelle, anche le basi forti hanno lo stesso effetto. Inoltre, acidi e basi si neutralizzano sempre a vicenda.
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Lavoriamo insieme!
La natura chimica di qualsiasi sostanza dipende dalle particelle cariche che produce, chiamate “ioni”. Secondo questo principio, un acido è una sostanza che dona prontamente i suoi ioni di idrogeno (chiamati protoni) quando si dissolve in acqua. D’altra parte, una base è una sostanza che accetta prontamente tali protoni liberi. In base a quanto avidamente queste sostanze donano o accettano tali protoni, vengono classificate come “forti” o “deboli”. Questo è il modo in cui la teoria Brønsted-Lowry descrive il concetto di un acido e di una base.
Mentre il pH è un valore popolare usato per indicare il numero di protoni che sono prodotti da una sostanza, ci sono altre quantità, come Ka, Kb, pKa e pKb, usate per spiegare la forza di queste sostanze. Sono comunemente usati dai chimici per decidere la forza dei reagenti chimici nei laboratori, e dai farmacisti per capire il dosaggio dei farmaci. Tuttavia, questi valori possono essere utilizzati solo per gli acidi e le basi di Brønsted, cioè quelle sostanze che danno o accettano protoni. Questo perché altre teorie, come la teoria di Lewis, definiscono gli acidi e le basi in termini di trasferimenti di elettroni, quindi valori come Ka e pKa, che hanno a che fare con i protoni, perdono la loro rilevanza. Le sezioni seguenti descrivono la conversione del valore pKa di un acido nel suo valore Ka.
Che cos’è Kₐ?
Ka è conosciuto come la ‘costante di dissociazione degli acidi’. Quando un acido è dissolto in acqua, le sue molecole si dividono in diversi ioni (atomi con cariche positive o negative).
In qualsiasi momento, la soluzione acquosa di un acido contiene alcune molecole intatte e alcuni ioni. Il fatto che l’acido sia forte o debole dipende dalla proporzione di queste molecole e ioni. Se il numero di ioni supera quello delle molecole dell’acido, allora l’acido è forte, poiché si divide facilmente in ioni (si dissocia). D’altra parte, se il numero di molecole supera quello degli ioni, allora l’acido è debole, poiché non forma facilmente ioni. Pertanto, la costante di dissociazione degli acidi (Ka) ci dice se un acido è forte o debole. Sia ‘HA’ una molecola di un acido in una soluzione acquosa, che si dissocia in ioni, come indicato di seguito.
HA (acido) ⇋ H+ (protone) + A- (base coniugata)
Il valore di Ka per questo acido è dato dalla seguente equazione.
Ka= ÷
Se il valore di Ka è alto, allora l’acido è forte, poiché il numeratore (concentrazione di ioni) nell’equazione è alto. Se il valore di Ka è basso, significa che il denominatore (concentrazione di molecole) è più alto del numeratore, e l’acido è debole.
Cos’è il pKₐ?
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Il termine pKa non è altro che il logaritmo negativo della costante di dissociazione degli acidi (Ka), portato alla base 10.
In effetti, il termine ‘p’ prima di qualsiasi valore in chimica significa che è stato preso il logaritmo negativo di quel valore. Questo viene fatto perché il valore di Ka è spesso troppo grande o troppo piccolo, quindi il pKa è un’alternativa migliore per i calcoli chimici. Tuttavia, si vede comunemente che il termine ‘costante di dissociazione degli acidi’ è erroneamente usato per riferirsi a entrambi i valori Ka e pKa, quando è adatto solo per il primo.
La seguente equazione descrive la relazione tra pKa e Ka.
pKa = -log10(Ka)
Dall’equazione di cui sopra è chiaro che maggiore è il valore Ka, minore sarà la pKa. Così, gli acidi forti hanno un Ka alto e un pKa basso, mentre gli acidi deboli hanno un valore Ka basso e un pKa alto.
conversione da pKₐ a Kₐ
Siccome pKa è il logaritmo negativo di Ka, il valore di Ka può essere calcolato semplicemente invertendo l’equazione precedente. Così Ka è l’antilogaritmo del negativo di pKa.
Ka = antilog (-pKa)
Il logaritmo di un numero x è l’esponente che il numero 10 deve essere elevato, per ottenere x. Per esempio, nel caso del numero 1000, 10 deve avere l’esponente 3 per ottenere 1000, cioè, 103 = 1000. Quindi, il logaritmo di 1000 è 3. D’altra parte, se ci viene dato solo il valore logaritmico, cioè 3, allora, per trovare il valore del numero da cui è stato ottenuto questo logaritmo, dobbiamo prendere l’antilogaritmo di questo valore logaritmico.
Antilog (logaritmo) = Antilog 3 = 1000 = 103 = 10logaritmo
cioè, l’antilogaritmo dell’esponente (logaritmo) dà il valore di 10 elevato a quell’esponente, cioè il valore di 10 elevato al logaritmo stesso. Quindi,
Antilog (-pKa) = 10(-pKa)
Quindi, un’altra formula per convertire pKa in Ka è trovare il valore di 10 elevato al valore negativo di pKa.
Ka = 10(-pKa)
Esempio
Immaginiamo che ci sia dato il valore pKa dell’acido cloridrico, pKa = -7. Troviamo il suo valore Ka dalle espressioni precedenti.
Ka = antilog (7) = 107 (Poiché -(-7) = 7)
I bassi valori di pKa e i grandi valori di Ka indicano che l’acido cloridrico è un acido forte, che si divide facilmente nei suoi ioni (H+ e Cl-).
E’ chiaro come il valore Ka può essere calcolato in un solo passo, se il valore pKa è disponibile. Gli acidi con un valore Ka inferiore a 1 sono considerati deboli, mentre quelli con valori superiori a 1 sono forti.
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