pHは、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 は特定の pH で分子が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。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、Henderson-Hasselbalch の式で表されます。
pH、pKa、ヘンダーソン・ハッセルバルヒの式
- 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、水溶液中で陽子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、これは概算に過ぎず、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 または pKa の値がわかれば、ある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できるかがわかります。
- pH が低いほど、水素イオン [H] の濃度が高くなります。
- pKa が低いほど、酸が強くなり、陽子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 pH が低い可能性があります。
- 一方、pKa 値は分子の種類ごとに一定です。集中力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 (7)、塩基と見なされます。
Henderson-Hasselbalch 式による pH と pKa の関係
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]/[HA])
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
この式が K
pKa =-logK
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ている場合にのみ近似を使用してください:
- −1 <ログ ([A−]/[HA]) <1
- 緩衝液のモル濃度は、酸のイオン化定数 K
- pKa 値が 5 ～ 9 の場合は、強酸または強塩基のみを使用してください。
pKa と pH の問題の例
0.225 M NaNO2 の溶液の [H] を求めます および 1.0 M HNO2 . K
pKa =−log K
pH =pka + ログ ([A]/[HA])
pH =pKa + log([NO2 ]/[HNO2 ])
pH =3.14 + log(1/0.225)
pH =3.14 + 0.648 =3.788
[H+] =10=10=1.6×10
ソース
- de Levie, Robert. 「ヘンダーソン・ハッセルバルヒ方程式：その歴史と限界」 Journal of Chemical Education 、2003.
- Hasselbalch, K.A.「Die Berechnung der Wasserstoffzahl des Blutes aus der freien und gebundenen Kohlensäure desselben, und die Sauerstoffbindung des Blutes als Funktion der Wasserstoffzahl.」 Biochemische Zeitschrift、 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、173 ～ 179 ページ。
- 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」 Journal of Chemical Education 、巻。 78、いいえ。 11、2001、p。 1499.
