¿Qué es pKa en Química? Fórmula de fuerza ácida y ejemplos
¿Qué es pKa?
Se le puede pedir a un estudiante de química orgánica que determine la dirección del equilibrio para una reacción dada en función de los valores de pKa. ¿Qué es pKa? La fuerza de un ácido se basa en un valor numérico llamado pKa . En química, la fuerza de un ácido es importante para comprender cómo se comportará un ácido en una reacción, como una reacción ácido-base. Los valores de pKa se utilizan para predecir la dirección del equilibrio en las reacciones ácido-base. Dependiendo de los valores de pKa, una reacción favorecerá productos o reactivos.
El valor de pKa de un compuesto no se puede determinar simplemente observando la estructura del compuesto. Estos valores de pKa deben determinarse experimentalmente o buscarse en la literatura. Los libros de texto y las fuentes en línea son buenos lugares para encontrar tablas de pKa.
pKa a Ka
El término Ka surge en las clases de química, entonces, ¿qué es Ka? Una constante de equilibrio para la ionización del ácido se conoce como Ka . Esta constante Ka se llama constante de ionización ácida o constante de disociación ácida. El valor de Ka indica la probabilidad de que un compuesto se ionice o se disocie al ceder un ion de hidrógeno (H + o protón). La constante de ionización ácida está relacionada con la constante de equilibrio (keq). Para comprender esta relación, observemos la reacción ácido-base del ácido acético (CH 3 COOH) y el agua.
- CH 3 COOH + H 2 O flechas de reacción reversibles CH 3 COO – + H 3 O +
- Keq = [H 3 O + ] [CH 3 COO – ] dividido por [CH 3 COOH] [H 2 O]
- La concentración de agua [H 2 O] es relativamente constante en soluciones acuosas diluidas, por lo que esta fórmula se puede reescribir.
- Ka = Keq [H 2 O] = [H 3 O + ] [CH 3 COO – ] dividido por [CH 3 COOH]
En química, el valor de pKa se utilizará sobre el valor de Ka. La razón detrás del uso de pKa sobre Ka es simplemente que los valores de Ka tienden a ser números muy grandes o muy pequeños. Los valores de pKa generalmente oscilan entre -10 y 50, que son más manejables. Cada unidad de pKa representa un orden de magnitud en términos de acidez. Un compuesto con un pKa de ocho es dos órdenes de magnitud más ácido que un compuesto con un pKa de diez. Para calcular pKa, se debe dar el valor de Ka. La siguiente ecuación se usa para calcular pKa a partir de Ka.
- pKa = -logKa
Un compuesto tiene un valor Ka de 6,3 x 10 -5 . El valor de pKa para este compuesto se puede calcular utilizando este valor de Ka.
- pKa = -log (6,3 x 10 -5 )
- pKa = 4,2
Si se conoce el valor de pKa, se puede calcular el valor de Ka. Para pasar de pKa a Ka utilice la siguiente ecuación.
- Ka = 10 -pKa
El valor de Ka de un compuesto se puede calcular con un valor de pKa dado de 2,5.
- Ka = 10 -2,5
- Ka = 3,1 x 10 -3
pKa de un ácido fuerte
Un ácido fuerte tendrá un valor de pKa pequeño y un valor de Ka grande, mientras que un ácido débil tendrá un valor de pKa grande y un valor de Ka pequeño. El etano (C 2 H 6 ) tiene un pKa de 50, por lo que el etano es un ácido muy débil. Esto tiene sentido porque un ácido quiere ceder un protón (H + ). El etano sería demasiado inestable si perdiera un protón. El ácido clorhídrico a menudo cede un protón y puede estabilizar fácilmente la carga negativa resultante. El pKa de un ácido fuerte como el ácido clorhídrico es -7, que es un valor muy pequeño. El ácido clorhídrico se ionizará por completo o se disociará en iones cuando se agregue a una solución.
| Ácidos monopróticos fuertes comunes HI HBr HCl HNO 3 | pKa aproximado -10 -9,0 -7,0 -1,5 |
|---|
El ácido yodhídrico (HI), el ácido bromhídrico (HBr), el ácido clorhídrico (HCl), el ácido nítrico (HNO 3 ), el ácido clorhídrico (HClO 3 ), el ácido perclórico (HClO 4 ) son los seis ácidos monopróticos fuertes. Un ácido monoprótico produce un protón por molécula de ácido, mientras que un ácido diprótico producirá dos protones por molécula de ácido. Otro ácido fuerte es el ácido sulfúrico, que es un ácido diprótico. Se informa que el pKa aproximado del ácido sulfúrico del ácido diprótico es -10. La ionización del primer protón siempre es más fácil que la ionización del segundo protón en ácidos dipróticos. Esto hace que el valor de Ka para el segundo protón sea cada vez más pequeño. Si ese segundo protón tiene un Ka menor, entonces el pKa será mayor.
El valor de pH de una solución acuosa se basa en la concentración de iones de hidronio (H 3 O + ) o de iones de hidrógeno (H + ). Mientras que pKa es una propiedad inherente de un compuesto. Un ácido siempre tendrá el mismo pKa en una solución acuosa, pero el pH cambiará según la cantidad de agua que se agregue a la solución ácida. La ecuación de Henderson-Hasselbalch muestra cómo se relacionan pKa y Ka.
- pH = pKa + log ([A – ] / [HA])
- [A – ] es la concentración de la base conjugada del ácido
- [HA] es la concentración del ácido.
Cuando [A – ] y [HA] son iguales, los valores de pKa y pH también son iguales. Si [HA] es mayor que [A – ], entonces el pKa será mayor que el pH. Cuando [HA] es menor que [A – ], el pKa será menor que el pH. El pH de una solución que contiene agua y un ácido se puede calcular si se dan las concentraciones del ácido y su base conjugada junto con el valor pKa del ácido. La reorganización de la ecuación de Henderson-Hasselbalch permitirá calcular el valor de pKa.
- pH – log ([A – ] / [HA]) = pKa + log ([A – ] / [HA]) – log ([A – ] / [HA])
- El logaritmo ([A – ] / [HA]) se cancela en el lado derecho de la ecuación
- pH – log ([A – ] / [HA]) = pKa
Resumen de la lección
pKa es una forma más sencilla de expresar la magnitud de la fuerza de un ácido. El valor de pKa se calcula usando el valor de la constante de disociación del ácido ( Ka ), que es la constante de equilibrio para la ionización de un ácido. Los compuestos que tienen un valor de pKa pequeño, que corresponde a un valor de Ka grande, se clasifican como ácidos fuertes. Un ácido fuerte tendrá una gran Ka y se disociará completamente en iones cuando se agregue a una solución.
La ecuación de Henderson-Hasselbalch demuestra la relación entre el pH y el pKa. El pH de una solución depende de la concentración del ion hidronio (H 3 O + ). Cuando las concentraciones del ácido y su base conjugada son iguales, esto hará que el pH y el pKa sean iguales. Si las concentraciones del ácido y su base conjugada son diferentes, entonces los valores de pH y pKa serán diferentes.
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