תוֹכֶן
בניסוח ברונסטד-לורי של חומצות ובסיסים, חומצה היא תרכובת שמשחררת פרוטון בתמיסה, ואילו בסיס הוא תרכובת המקבלת פרוטון. כאשר חומצת ברונסטד מתמוססת בממס, היא מייצרת בסיס מצומד, ובמקביל הממס משמש כבסיס ומייצר חומצה מצומדת. חלוקת הריכוזים של חומצה מצומדת ובסיס, על ידי ריכוזי התרכובות המקוריות מייצרת את קבוע השוויון Keq, שהיא מדד לחזקה של החומצה המקורית. כימאים מתייחסים ל- Keq כערך Ka של התגובה כאשר הממס הוא מים. מספר זה יכול להשתנות לפי סדר גודל גדול, ולכן כדי להקל על החישובים, כימאים משתמשים בדרך כלל במספר pKa, שהוא הלוגריתם השלילי של ערך Ka.
Ka הוא כוחה של חומצה במים
כאשר חומצה גנרית (HA) מתמוססת במים היא תורמת פרוטון, ותוצר התגובה מורכב מ- H3O+ ו- א-, שהוא הבסיס המצומד של התגובה. תלוי ביכולות היחסיות של HA לתרום פרוטונים ו- A- כדי לקבל אותם, התגובה יכולה להתקדם גם בכיוון ההפוך עד שבסופו של דבר יושג שיווי משקל.
כימאים קובעים את חוזקה של חומצה (Ka) על ידי מדידת ריכוזי HA, H30+ ו- א- בשיווי משקל וחלוקת ריכוזי המוצרים לפי ריכוז החומצה המקורית. מכיוון שריכוז המים הוא קבוע, הם משאירים אותם מחוץ למשוואה.
Ka = /
המרה ל- pKa
ערכי Ka יכולים להיות גדולים מאוד או קטנים מאוד. לדוגמא, ערך Ka לחומצה הידרוכלורית (HCl) הוא בערך 107בעוד שערך Ka לחומצה אסקורבית (ויטמין C) הוא 1.6 X 10-12. עבודה עם מספרים כאלה אינה נוחה, ולכן כדי להקל על הדברים, הכימאים הגדירו את מספר ה- pKa כ:
pKa = -log Ka
על פי הגדרה זו, ערך pKa לחומצה הידרוכלורית הוא -לוג 107 = -7, בעוד שה- pKa לחומצה אסקורבית הוא -log (1.6 x 10-12) = 11.80. כפי שניכר, ככל שמספר ה- pKa קטן יותר, כך החומצה חזקה יותר.
מציאת לוגריתמים
לוגריתם הוא בעצם ההפך של אקספקטנט. אם יש לנו ביטוי כמו יומן10x = y, אנו יכולים למצוא x על ידי לקיחת האקספקטנט לבסיס 10 משני הצדדים: 10יומן x = 10y. בהגדרה, 10logx = x, כך שהביטוי הופך ל- x = 10y. ערך pKa הוא לוגריתם שלילי, כלומר כאשר המשוואה -log x = y מתהפכת, x שווה לאקספקטנט שלילי 10-י, שהוא מספר קטן אם y גדול ומספר גדול אם y הוא קטן.
בפועל, מציאת הלוגריתמים יכולה להיות מסובכת, כך שרוב המדענים משתמשים בטבלאות לוגריתם או במחשבון מדעי. כדי למצוא לוגריתם בסיס 10 במחשבון מדעי, הזן את ערך הלוגריתם והקש על "היומן10"מפתח.