pH en pKa-relatie De Henderson-Hasselbalch-vergelijking

De pH is een maat voor de concentratie waterstofionen in een waterige oplossing. pKa (zure dissociatieconstante) en pH zijn gerelateerd, maar pKa is specifieker omdat het u helpt te voorspellen wat een molecuul zal doen bij een specifieke pH. In wezen vertelt pKa u wat de pH moet zijn om een ​​chemische soort een proton te laten doneren of accepteren.

De relatie tussen pH en pKa wordt beschreven door de Henderson-Hasselbalch-vergelijking.

pH, pKa en Henderson-Hasselbalch-vergelijking

• De pKa is de pH-waarde waarbij een chemische soort een proton accepteert of doneert.
• Hoe lager de pKa, hoe sterker het zuur en hoe groter het vermogen om een ​​proton in waterige oplossing te doneren.
• De Henderson-Hasselbalch-vergelijking heeft betrekking op pKa en pH. Het is echter slechts een benadering en mag niet worden gebruikt voor geconcentreerde oplossingen of voor zuren met extreem lage pH of basen met hoge pH.

pH en pKa

Als u eenmaal pH- of pKa-waarden heeft, weet u bepaalde dingen over een oplossing en hoe deze zich verhoudt tot andere oplossingen:

• Hoe lager de pH, hoe hoger de concentratie waterstofionen, [H⁺].
• Hoe lager de pKa, hoe sterker het zuur en hoe groter het vermogen om protonen af ​​te staan.
• pH hangt af van de concentratie van de oplossing. Dit is belangrijk omdat het betekent dat een zwak zuur een lagere pH kan hebben dan een verdund sterk zuur. Geconcentreerde azijn (azijnzuur, wat een zwak zuur is) kan bijvoorbeeld een lagere pH hebben dan een verdunde oplossing van zoutzuur (een sterk zuur).
• Aan de andere kant is de pKa-waarde constant voor elk type molecuul. Het wordt niet beïnvloed door concentratie.
• Zelfs een chemische stof die gewoonlijk als een base wordt beschouwd, kan een pKa-waarde hebben omdat de termen "zuren" en "basen" eenvoudigweg verwijzen naar of een soort protonen (zuur) zal opgeven of verwijderen (base). Als u bijvoorbeeld een base Y met een pKa van 13 heeft, accepteert deze protonen en vormt YH, maar wanneer de pH hoger is dan 13, wordt YH gedeprotoneerd en wordt Y. Omdat Y protonen verwijdert bij een pH groter dan de pH van neutraal water (7), wordt het als een basis beschouwd.

PH en pKa relateren Met de Henderson-Hasselbalch-vergelijking

Als u pH of pKa kent, kunt u voor de andere waarde oplossen met behulp van een benadering die de Henderson-Hasselbalch-vergelijking wordt genoemd:

pH = pKa + log ([geconjugeerde base] / [zwak zuur])
pH = pka + log ([A^-] / [HA])

pH is de som van de pKa-waarde en de log van de concentratie van de geconjugeerde base gedeeld door de concentratie van het zwakke zuur.

Op de helft van het equivalentiepunt:

pH = pKa

Het is vermeldenswaard dat deze vergelijking soms is geschreven voor de K_een waarde in plaats van pKa, dus u moet de relatie kennen: 

pKa = -logK_een

Veronderstellingen voor de Henderson-Hasselbalch-vergelijking

De reden dat de Henderson-Hasselbalch-vergelijking een benadering is, is omdat het waterchemie uit de vergelijking haalt. Dit werkt wanneer water het oplosmiddel is en in een zeer grote hoeveelheid aanwezig is ten opzichte van de [H +] en zuur / geconjugeerde base. Je moet niet proberen de benadering toe te passen voor geconcentreerde oplossingen. Gebruik de benadering alleen als aan de volgende voorwaarden is voldaan:

• -1 < log ([A−]/[HA]) < 1
• De molariteit van buffers moet 100x groter zijn dan die van de zuurionisatieconstante K_een.
• Gebruik alleen sterke zuren of sterke basen als de pKa-waarden tussen 5 en 9 liggen.

Voorbeeld pKa en pH-probleem

Zoek [H⁺] voor een oplossing van 0,225 M NaNO₂ en 1,0 M HNO₂. De K_een waarde (uit een tabel) van HNO₂ is 5,6 x 10^-4.