pH と pKa の関係: Henderson-Hasselbalch 式

定義と例

ニコラ・ツリー/ゲッティイメージズ

の pH 水溶液中の水素イオンの濃度の尺度です。 pKa ( 酸解離定数 ) と pH は関連していますが、pKa は分子が特定の条件下で何をするかを予測するのに役立つという点で、より具体的です。 特定のpH .基本的に、pKa は、化学種がプロトンを供与または受容するために必要な pH を示します。

pH と pKa の関係は、 ヘンダーソン・ハッセルバルヒ方程式 .

pH、pKa、およびヘンダーソン・ハッセルバルヒ式

• pKa は、化学種がプロトンを受容または供与する pH 値です。
• pKa が低いほど、酸が強くなり、水溶液中でプロトンを供与する能力が高くなります。
• Henderson-Hasselbalch 式は、pKa と pH を関連付けます。ただし、これは概算にすぎず、濃縮溶液や極端に低い pH の酸や高い pH の塩基には使用しないでください。

pHとpKa

pH 値または pKa 値が得られると、溶液について特定のことがわかり、他の溶液とどのように比較されるかがわかります。

• pHが低いほど、水素イオンの濃度が高くなります[H⁺]。
• pKa が低いほど、酸が強くなり、プロトンを供与する能力が高くなります。
• pHは溶液の濃度に依存します。これは、弱酸が希釈された強酸よりも実際には低い pH を持つ可能性があることを意味するため、重要です。たとえば、濃縮酢 (弱酸である酢酸) は、塩酸 (強酸) の希薄溶液よりも低い pH を持つ可能性があります。
• 一方、pKa値は分子の種類ごとに一定です。濃度の影響を受けません。
• 「酸」と「塩基」という用語は単に種がプロトンを放棄するか (酸)、それらを除去するか (塩基) を指すため、通常は塩基と見なされる化学物質でさえ pKa 値を持つことができます。たとえば、pKa が 13 の塩基 Y がある場合、それはプロトンを受け入れて YH を形成しますが、pH が 13 を超えると、YH は脱プロトン化されて Y になります。 中性水のpH （7）、それはベースと見なされます。

ヘンダーソン・ハッセルバルヒ式による pH と pKa の関連付け

pH または pKa のいずれかがわかっている場合は、Henderson-Hasselbalch 方程式と呼ばれる近似を使用して、他の値を解くことができます。

pH = pKa + log ([共役塩基]/[弱酸])
pH = pka+log ([A^-]/[彼が持っている])

pH は、pKa 値と弱酸の濃度で割った共役塩基の濃度の対数の合計です。

当量点の半分:

pH = pKa

この方程式が K に対して書かれている場合があることに注意してください。_apKa ではなく値なので、関係を知っておく必要があります。

pKa = -logK_a

ヘンダーソン・ハッセルバルヒ方程式の仮定

Henderson-Hasselbalch 式が近似値である理由は、式から水の化学的性質が取り除かれているためです。これは、水が溶媒であり、[H+] および酸/共役塩基に対して非常に大きな割合で存在する場合に機能します。集中したソリューションに近似を適用しようとしないでください。次の条件が満たされる場合にのみ近似を使用します。

• −1
• バッファーのモル濃度は、酸のイオン化定数 K のモル濃度よりも 100 倍大きくする必要があります_a.
• のみ使用 強酸 また 強塩基 pKa 値が 5 ～ 9 の場合。

pKa と pH の問題の例

[H を求める⁺] 0.225 M NaNO 溶液の場合₂および 1.0 M HNO₂. K_a価値 （ テーブルから ) の HNO₂は5.6×10^-4.

pKa = −log K_a= −log(7.4×10⁻⁴) = 3.14

pH = pka + ログ ([A^-]/[彼が持っている])

pH = pKa + log([NO₂^-]/[HNO₂]))

pH = 3.14 + ログ (1/0.225)

pH = 3.14 + 0.648 = 3.788

[H+] = 10^−pH= 10^−3,788= 1.6×10⁻⁴

ソース

• デ・レヴィ、ロバート。 ヘンダーソン・ハッセルバルヒ方程式：その歴史と限界。 化学教育ジャーナル 、2003年。
• Hasselbalch, K. A. 「血液の遊離および結合炭酸からの血液の水素数の計算、および水素数の関数としての血液の酸素結合。」 生化学ジャーナル、 1917年 、 pp.112–144。
• ヘンダーソン、ローレンス J.「酸の強さと中性を維持する能力との関係について」。 American Journal of Physiology-レガシー コンテンツ 、巻。 21、いいえ。 2、1908 年 2 月、p. 173–179。
• Po、Henry N.、N. M. Senozan。ヘンダーソン・ハッセルバルヒ方程式：その歴史と限界。 化学教育ジャーナル 、巻。 78、いいえ。 11、2001、p。 1499年。