PH, pKa, Ka, pKb en Kb uitgelegd

Er zijn gerelateerde schalen in de chemie die worden gebruikt om te meten hoe zuur of basisch een oplossing is en de kracht van zuren en basen. Hoewel de pH schaal is het meest bekend, pKa, Ka, pKb, en Kb zijn veelvoorkomende berekeningen die inzicht bieden in zuur-base reacties. Hier is een uitleg van de termen en hoe ze van elkaar verschillen.

Telkens wanneer u een "p" voor een waarde ziet, zoals pH, pKa, en pKb, het betekent dat je te maken hebt met een -log van de waarde die volgt op de "p". Zo is pKa de -log van Ka. Vanwege de manier waarop de logfunctie werkt, betekent een kleinere pKa een grotere Ka. pH is de -log van waterstofionenconcentratie, enzovoort.

pH en pOH zijn gerelateerd, net als Ka, pKa, Kb en pKb. Als u de pH kent, kunt u pOH berekenen. Als u een evenwichtsconstante kent, kunt u de andere berekenen.

pH is een maat voor waterstofionenconcentratie, [H +], in een waterige (water) oplossing. De pH-schaal varieert van 0 tot 14. Een lage pH-waarde geeft zuurgraad aan, een pH van 7 is neutraal en een hoge pH-waarde geeft alkaliteit aan. De pH-waarde kan je vertellen of je met een zuur of een base te maken hebt, maar het biedt een beperkte waarde die de ware sterkte van het zuur van een base aangeeft. De formules om pH en pOH te berekenen zijn:

pH = - log [H +]

pOH = - log [OH-]

Bij 25 graden Celsius:

pH + pOH = 14

Ka, pKa, Kb en pKb zijn het meest nuttig bij het voorspellen of een soort protonen zal doneren of accepteren bij een specifieke pH-waarde. Ze beschrijven de mate van ionisatie van een zuur of base en zijn echte indicatoren van zuur- of basesterkte omdat het toevoegen van water aan een oplossing de evenwichtsconstante niet verandert. Ka en pKa hebben betrekking op zuren, terwijl Kb en pKb zich bezighouden met basen. Zoals pH en pOH, deze waarden houden ook rekening met de concentratie van waterstofionen of protonen (voor Ka en pKa) of hydroxide-ionenconcentraties (voor Kb en pKb).

Ka en Kb zijn aan elkaar gerelateerd door de ionenconstante voor water, Kw:

• Kw = Ka x Kb

Ka is de zuurdissociatieconstante. pKa is gewoon de -log van deze constante. Evenzo is Kb de basisdissociatieconstante, terwijl pKb de -log van de constante is. De zuur- en basendissociatieconstanten worden meestal uitgedrukt in mol per liter (mol / l). Zuren en basen dissociëren volgens algemene vergelijkingen:

• HA + H₂O ⇆ A^- + H₃O⁺
• HB + H₂O ⇆ B⁺ + OH^-

In de formules staat A voor zuur en B voor base.

• Ka = [H +] [A -] / [HA]
• pKa = - log Ka
• op de helft van het equivalentiepunt, pH = pKa = -log Ka

Een hoge Ka-waarde duidt op een sterk zuur omdat het betekent dat het zuur grotendeels in zijn ionen is gedissocieerd. Een hoge Ka-waarde betekent ook dat de vorming van producten in de reactie de voorkeur heeft. Een kleine Ka-waarde betekent dat weinig van het zuur dissocieert, dus je hebt een zwak zuur. De Ka-waarde voor de meeste zwakke zuren varieert van 10^-2 tot 10^-14.

De pKa geeft dezelfde informatie, alleen op een andere manier. Hoe kleiner de waarde van pKa, hoe sterker het zuur. Zwakke zuren hebben een pKa van 2-14.

Kb is de basis dissociatieconstante. De basisdissociatieconstante is een maat voor hoe volledig een basis dissocieert in zijn componentionen in water.

• Kb = [B +] [OH -] / [BOH]
• pKb = -log Kb

Een grote Kb-waarde geeft het hoge dissociatieniveau van een sterke basis aan. Een lagere pKb-waarde duidt op een sterkere basis.

pKa en pKb zijn gerelateerd door de eenvoudige relatie:

• pKa + pKb = 14

Een ander belangrijk punt is pI. Dit is het iso-elektrische punt. Het is de pH waarbij een eiwit (of een ander molecuul) elektrisch neutraal is (geen netto elektrische lading heeft).