K_a, K_b og pKa

Kemi A · STX · A-niveau · Syre-base-kemi

🧪 K_a, K_b og pKa

Syre-konstant K_a: ligevægtskonstant for syrers dissociering. For HA ⇌ H⁺ + A⁻: K_a = [H⁺][A⁻]/[HA]. Stor K_a = stærk syre. K_a > 1: stærk syre (dissocierer >50%). K_a 10⁻³-10⁻⁵: middelstærk svag syre. K_a 10⁻⁵-10⁻¹⁰: svag syre. pK_a = -log K_a: praktisk skala. Lav pK_a = stærk syre. pK_a(HCl) ≈ -7 (fuldstændigt dissocieret), pK_a(eddikesyre CH₃COOH) = 4,76, pK_a(NH₄⁺) = 9,25, pK_a(H₂O) ≈ 14.

Base-konstant K_b: for B + H₂O ⇌ BH⁺ + OH⁻: K_b = [BH⁺][OH⁻]/[B]. pK_b = -log K_b.

Forhold: K_a · K_b = K_w = 10⁻¹⁴ (ved 25 °C). pK_a + pK_b = 14. Stærke syrers konjugerede base er svag base, og omvendt.

Tabel-eksempler: H₂O: pK_a = 14 (vand som syre), pK_b = 14. HF: pK_a = 3,17, F⁻ er svag base med pK_b = 10,83. NH₄⁺: pK_a = 9,25 (svag syre), NH₃: pK_b = 4,75 (svag base). HCN: pK_a = 9,21.

Beregning af pH ud fra pK_a: ved buffer (lige meget syre og konjugeret base): pH = pK_a (Henderson-Hasselbalch). For svag syre med koncentration c: [H⁺] ≈ √(Ka·c). pH = -log √(Ka·c) = ½(pK_a - log c).

Polyprotiske syrer: H₃PO₄ har 3 trin. pK_a1 = 2,12, pK_a2 = 7,21, pK_a3 = 12,32. Hvert trin har sin egen K_a. Successive pK_a'er er typisk 4-5 enheder højere end forrige (sværere at fjerne 2. proton fra negativt ladet ion).

Anvendelse

vælge syre/base til buffer. Optimalt buffervirke ved pH ≈ pK_a ± 1. Til pH 7 er fosfatbuffer (pK_a2 = 7,21) optimalt.

Praktisk: når man løser opgaver med ukendte syrekoncentrationer, brug pK_a-tabel. Husk at "stærk syre" og "højkonce

Læringsmål

• Definere syrekonstanten Ka og baseKonstanten Kb og deres sammenhæng med syre-/basestyrke
• Anvende sammenhængen Ka·Kb = Kw og pKa + pKb = 14
• Beregne pH for en svag syre eller buffer ud fra pKa
• Anvende pKa-tabeller til at vælge egnet syre/base til en buffer (pH ≈ pKa ± 1)
• Analysere polyprotiske syrer og deres successive pKa-værdier (fx H₃PO₄)

Sådan kan du arbejde med emnet

• Forklar, hvad K_a fortæller om en syres styrke
• Beregn pKa ud fra K_a for en given syre
• Forklar sammenhængen mellem K_a og K_b for et konjugeret syre-base-par

Eksperiment-forslag

• Beregn pKb for NH₃ ud fra pKa for NH₄⁺ (pKa = 9,25), og kontrollér at pKa+pKb = 14.
• Vælg den bedst egnede buffer til pH 7 ud fra en tabel med pKa-værdier, og begrund valget.
• Beregn pH for en 0,1 M opløsning af en svag syre med Ka = 1,8·10⁻⁵.
• Forklar hvorfor pKa2 for H₃PO₄ (7,21) er langt højere end pKa1 (2,12).

Brobygning

pKa-værdier bruges direkte til at designe buffere i næste emne.