Relazione pH e pKa L'equazione di Henderson-Hasselbalch

Il pH è una misura della concentrazione di ioni idrogeno in una soluzione acquosa. pKa (costante di dissociazione acida) e pH sono correlati, ma pKa è più specifico in quanto ti aiuta a prevedere cosa farà una molecola a un pH specifico. In sostanza, pKa ti dice che cosa deve essere il pH affinché una specie chimica possa donare o accettare un protone.

La relazione tra pH e pKa è descritta dall'equazione di Henderson-Hasselbalch.

Equazione di pH, pKa e Henderson-Hasselbalch

• Il pKa è il valore di pH al quale una specie chimica accetterà o donerà un protone.
• Più basso è il pKa, più forte è l'acido e maggiore è la capacità di donare un protone in soluzione acquosa.
• L'equazione di Henderson-Hasselbalch riguarda pKa e pH. Tuttavia, è solo un'approssimazione e non dovrebbe essere usato per soluzioni concentrate o per acidi a pH estremamente basso o basi a pH elevato.

pH e pKa

Una volta che si hanno valori di pH o pKa, si conoscono alcune cose su una soluzione e come si confronta con altre soluzioni:

• Più basso è il pH, maggiore è la concentrazione di ioni idrogeno, [H⁺].
• Più basso è il pKa, più forte è l'acido e maggiore è la sua capacità di donare protoni.
• Il pH dipende dalla concentrazione della soluzione. Questo è importante perché significa che un acido debole potrebbe effettivamente avere un pH inferiore rispetto a un acido forte diluito. Ad esempio, l'aceto concentrato (acido acetico, che è un acido debole) potrebbe avere un pH inferiore rispetto a una soluzione diluita di acido cloridrico (un acido forte).
• D'altra parte, il valore di pKa è costante per ogni tipo di molecola. Non è influenzato dalla concentrazione.
• Anche una sostanza chimica normalmente considerata una base può avere un valore di pKa perché i termini "acidi" e "basi" si riferiscono semplicemente al fatto che una specie rinuncerà ai protoni (acido) o li rimuoverà (base). Ad esempio, se hai una base Y con una pKa di 13, accetterà i protoni e formerà YH, ma quando il pH supera 13, YH sarà deprotonato e diventerà Y. Perché Y rimuove i protoni a un pH maggiore del pH di acqua neutra (7), è considerata una base.

Correlazione di pH e pKa con l'equazione di Henderson-Hasselbalch

Se conosci pH o pKa, puoi risolvere l'altro valore usando un'approssimazione chiamata equazione di Henderson-Hasselbalch:

pH = pKa + log ([base coniugata] / [acido debole])
pH = pka + log ([A^-] / [HA])

Il pH è la somma del valore di pKa e del registro della concentrazione della base coniugata divisa per la concentrazione dell'acido debole.

A metà del punto di equivalenza:

pH = pKa

Vale la pena notare che a volte questa equazione è scritta per K_un' valore anziché pKa, quindi dovresti conoscere la relazione: 

pKa = -logK_un'

Ipotesi per l'equazione di Henderson-Hasselbalch

Il motivo per cui l'equazione di Henderson-Hasselbalch è un'approssimazione è perché toglie la chimica dell'acqua dall'equazione. Funziona quando l'acqua è il solvente ed è presente in una proporzione molto grande alla base [H +] e acido / coniugato. Non dovresti provare ad applicare l'approssimazione per soluzioni concentrate. Utilizzare l'approssimazione solo quando sono soddisfatte le seguenti condizioni:

• -1 < log ([A−]/[HA]) < 1
• La polarità dei buffer dovrebbe essere 100 volte maggiore di quella della costante di ionizzazione acida K_un'.
• Utilizzare acidi forti o basi forti solo se i valori di pKa sono compresi tra 5 e 9.

Esempio di problema pKa e pH

Trova [H⁺] per una soluzione di 0,225 M NaNO₂ e 1.0 M HNO₂. The K_un' valore (da una tabella) di HNO₂ è 5,6 x 10^-4.