pH- og pKa-forhold: Henderson-Hasselbalch-ligningen

Definisjon og eksempel

Nicola Tree / Getty Images

De pH er et mål på konsentrasjonen av hydrogenioner i en vandig løsning. pKa ( syredissosiasjonskonstant ) og pH er relatert, men pKa er mer spesifikk ved at det hjelper deg å forutsi hva et molekyl vil gjøre ved en spesifikk pH . I hovedsak forteller pKa deg hva pH-en må være for at en kjemisk art skal donere eller akseptere et proton.

Forholdet mellom pH og pKa er beskrevet av Henderson-Hasselbalch-ligningen .

pH, pKa og Henderson-Hasselbalch ligning

• pKa er pH-verdien som en kjemisk art vil akseptere eller donere et proton ved.
• Jo lavere pKa, desto sterkere er syren og jo større er evnen til å donere et proton i vandig løsning.
• Henderson-Hasselbalch-ligningen relaterer pKa og pH. Det er imidlertid bare en tilnærming og bør ikke brukes for konsentrerte løsninger eller for ekstremt lav pH-syrer eller høy pH-baser.

pH og pKa

Når du har pH- eller pKa-verdier, vet du visse ting om en løsning og hvordan den kan sammenlignes med andre løsninger:

• Jo lavere pH, jo høyere konsentrasjon av hydrogenioner [H⁺].
• Jo lavere pKa, desto sterkere er syren og jo større er dens evne til å donere protoner.
• pH avhenger av konsentrasjonen av løsningen. Dette er viktig fordi det betyr at en svak syre faktisk kan ha en lavere pH enn en fortynnet sterk syre. For eksempel kan konsentrert eddik (eddiksyre, som er en svak syre) ha en lavere pH enn en fortynnet løsning av saltsyre (en sterk syre).
• På den annen side er pKa-verdien konstant for hver type molekyl. Den er upåvirket av konsentrasjon.
• Selv et kjemikalie som vanligvis betraktes som en base kan ha en pKa-verdi fordi begrepene 'syrer' og 'baser' bare refererer til om en art vil gi fra seg protoner (syre) eller fjerne dem (base). Hvis du for eksempel har en base Y med en pKa på 13, vil den akseptere protoner og danne YH, men når pH overstiger 13, vil YH deprotoneres og bli Y. Fordi Y fjerner protoner ved en pH større enn pH i nøytralt vann (7), regnes det som en base.

Relaterte pH og pKa med Henderson-Hasselbalch-ligningen

Hvis du kjenner enten pH eller pKa, kan du løse den andre verdien ved å bruke en tilnærming kalt Henderson-Hasselbalch-ligningen:

pH = pKa + log ([konjugatbase]/[svak syre])
pH = pka+log ([A^-]/[HAN HAR])

pH er summen av pKa-verdien og logaritmen av konsentrasjonen av konjugatbasen delt på konsentrasjonen av den svake syren.

Ved halve ekvivalenspunktet:

pH = pKa

Det er verdt å merke seg noen ganger denne ligningen er skrevet for K_enverdi i stedet for pKa, så du bør vite forholdet:

pKa = -logK_en

Forutsetninger for Henderson-Hasselbalch-ligningen

Grunnen til at Henderson-Hasselbalch-ligningen er en tilnærming er fordi den tar vannkjemi ut av ligningen. Dette fungerer når vann er løsningsmidlet og er tilstede i en veldig stor andel av [H+] og syre/konjugatbasen. Du bør ikke prøve å bruke tilnærmingen for konsentrerte løsninger. Bruk tilnærmingen bare når følgende betingelser er oppfylt:

• −1
• Molariteten til buffere bør være 100 ganger større enn den for syreioniseringskonstanten K_en.
• Bare bruk sterke syrer eller sterke baser hvis pKa-verdiene faller mellom 5 og 9.

Eksempel pKa og pH-problem

Finn [H⁺] for en løsning av 0,225 M NaNO_toog 1,0 M HNO_to. K_enverdi ( fra et bord ) av HNO_toer 5,6 x 10^-4.

pKa = −log K_en= −log(7,4×10⁻⁴) = 3,14

pH = pka + log ([A^-]/[HAN HAR])

pH = pKa + log([NO_to^-]/[HNO_to])

pH = 3,14 + log(1/0,225)

pH = 3,14 + 0,648 = 3,788

[H+] = 10^-pH= 10^−3.788= 1,6×10⁻⁴

Kilder

• de Levie, Robert. Henderson-Hasselbalch-ligningen: dens historie og begrensninger. Journal of Chemical Education , 2003.
• Hasselbalch, K. A. 'Beregningen av hydrogentallet til blodet fra den frie og bundne karbonsyren til det samme, og oksygenbindingen til blodet som en funksjon av hydrogentallet.' biokjemisk tidsskrift, 1917 , s.112–144.
• Henderson, Lawrence J. 'Angående forholdet mellom styrken til syrer og deres evne til å bevare nøytralitet.' American Journal of Physiology - Legacy Content , vol. 21, nei. 2, februar 1908, s. 173–179.
• Po, Henry N. og N. M. Senozan. Henderson-Hasselbalch-ligningen: dens historie og begrensninger. Journal of Chemical Education , vol. 78, nei. 11, 2001, s. 1499.