pH- und pKa-Beziehung Die Henderson-Hasselbalch-Gleichung

Der pH-Wert ist ein Maß für die Konzentration von Wasserstoffionen in einer wässrigen Lösung. pKa (Säure-Dissoziationskonstante) und pH-Wert hängen zusammen, pKa ist jedoch insofern spezifischer, als es Ihnen hilft, vorherzusagen, was ein Molekül bei einem bestimmten pH-Wert tun wird. Im Wesentlichen sagt pKa Ihnen, wie hoch der pH-Wert sein muss, damit eine chemische Spezies ein Proton spenden oder annehmen kann.

Die Beziehung zwischen pH und pKa wird durch die Henderson-Hasselbalch-Gleichung beschrieben.

pH, pKa und Henderson-Hasselbalch-Gleichung

• Der pKa ist der pH-Wert, bei dem eine chemische Spezies ein Proton annimmt oder abgibt.
• Je niedriger der pKa-Wert ist, desto stärker ist die Säure und desto größer ist die Fähigkeit, ein Proton in wässriger Lösung abzugeben.
• Die Henderson-Hasselbalch-Gleichung bezieht sich auf pKa und pH. Es ist jedoch nur eine Annäherung und sollte nicht für konzentrierte Lösungen oder für Säuren mit extrem niedrigem pH-Wert oder Basen mit hohem pH-Wert verwendet werden.

pH und pKa

Sobald Sie pH- oder pKa-Werte haben, wissen Sie etwas über eine Lösung und wie sie mit anderen Lösungen verglichen wird:

• Je niedriger der pH-Wert ist, desto höher ist die Konzentration an Wasserstoffionen [H⁺].
• Je niedriger der pKa-Wert ist, desto stärker ist die Säure und desto größer ist ihre Fähigkeit, Protonen abzugeben.
• Der pH-Wert hängt von der Konzentration der Lösung ab. Dies ist wichtig, da dies bedeutet, dass eine schwache Säure tatsächlich einen niedrigeren pH-Wert als eine verdünnte starke Säure haben könnte. Beispielsweise kann konzentrierter Essig (Essigsäure, eine schwache Säure) einen niedrigeren pH-Wert aufweisen als eine verdünnte Salzsäurelösung (eine starke Säure)..
• Andererseits ist der pKa-Wert für jeden Molekültyp konstant. Es bleibt von der Konzentration unberührt.
• Sogar eine Chemikalie, die normalerweise als Base betrachtet wird, kann einen pKa-Wert haben, da sich die Ausdrücke "Säuren" und "Basen" einfach darauf beziehen, ob eine Spezies Protonen abgibt (Säure) oder sie entfernt (Base). Wenn Sie beispielsweise eine Base Y mit einem pKa von 13 haben, nimmt diese Protonen auf und bildet YH. Wenn der pH-Wert jedoch 13 überschreitet, wird YH deprotoniert und wird zu Y. Da Y Protonen bei einem pH-Wert entfernt, der über dem pH-Wert von liegt neutrales Wasser (7) gilt als Base.

Beziehung zwischen pH und pKa mit der Henderson-Hasselbalch-Gleichung

Wenn Sie entweder den pH-Wert oder den pKa-Wert kennen, können Sie den anderen Wert mithilfe einer Näherung lösen, die Henderson-Hasselbalch-Gleichung genannt wird:

pH = pKa + log ([konjugierte Base] / [schwache Säure])
pH = pka + log ([A^-]/[HA])

Der pH-Wert ist die Summe aus dem pKa-Wert und dem logarithmischen Wert der Konzentration der konjugierten Base geteilt durch die Konzentration der schwachen Säure.

Bei der Hälfte des Äquivalenzpunktes:

pH = pKa

Es ist erwähnenswert, dass diese Gleichung manchmal für das K geschrieben wurde_ein Wert statt pKa, daher sollten Sie die Beziehung kennen: 

pKa = -logK_ein

Annahmen für die Henderson-Hasselbalch-Gleichung

Der Grund, warum die Henderson-Hasselbalch-Gleichung eine Annäherung ist, ist, dass sie die Wasserchemie aus der Gleichung herausnimmt. Dies funktioniert, wenn Wasser das Lösungsmittel ist und in einem sehr großen Anteil an der [H +] - und Säure / Konjugat-Base vorhanden ist. Sie sollten nicht versuchen, die Näherung für konzentrierte Lösungen anzuwenden. Verwenden Sie die Näherung nur, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind:

• −1 < log ([A−]/[HA]) < 1
• Die Molarität der Puffer sollte 100x größer sein als die der Säureionisationskonstante K_ein.
• Verwenden Sie nur starke Säuren oder starke Basen, wenn der pKa-Wert zwischen 5 und 9 liegt.

Beispiel pKa und pH Problem

Finden Sie [H⁺] für eine Lösung von 0,225 M NaNO₂ und 1,0 M HNO₂. Das K_ein Wert (aus einer Tabelle) von HNO₂ beträgt 5,6 x 10^-4.