pKa คืออะไร

pH คือการวัดความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนในสารละลายที่เป็นน้ำ ในขณะที่ pKa (ค่าคงที่การแตกตัวของกรด) และ pH สัมพันธ์กัน

แต่ pKa มีความเฉพาะเจาะจงมากกว่าในการช่วยให้คุณคาดการณ์ได้ว่าโมเลกุลจะทำอะไรที่ pH จำเพาะ ในขณะที่ pKa คือค่าที่บ่งชี้ว่ากรดนั้นเป็นกรดแก่หรือกรดอ่อน

ความสัมพันธ์ระหว่าง pH และ pKa อธิบายโดยสมการ Henderson-Hasselbalch

pKa คือค่า pH ที่สารเคมีจะรับหรือบริจาคโปรตอน
ยิ่งค่า pKa ต่ำ กรดจะยิ่งแรง และความสามารถในการบริจาคโปรตอนในสารละลายในน้ำก็จะยิ่งมากขึ้น
สมการ Henderson-Hasselbalch เกี่ยวข้องกับ pKa และ pH อย่างไรก็ตาม เป็นเพียงการประมาณเท่านั้น และไม่ควรใช้สำหรับสารละลายเข้มข้นหรือกรด pH ต่ำมากหรือ pH เบสสูง

นิยาม pKa

ลอการิทึมลบของ Ka แสดงโดย pKa ค่าคงที่การแยกตัวของกรดแสดงด้วยสัญลักษณ์ Ka กรดบางชนิดมีประสิทธิภาพในขณะที่กรดบางชนิดอ่อนแอ

ในสารละลายที่เป็นน้ำ กรดแก่จะแตกตัวเป็นไอออนทั้งหมด ในทางกลับกัน กรดอ่อนจะแยกออกจากกันบางส่วน ส่งผลให้เกิดความสมดุลระหว่างกรดกับเบสคอนจูเกต

ให้เราพิจารณากรดอ่อน HA

HA ⇆ A– + H+

ค่าคงที่การแยกตัวของกรดของสมดุลนี้คือ

Ka= [A–][H+] / [HA]

เมื่อ

[A–] = ความเข้มข้นของเบสคอนจูเกต
[H+] = ความเข้มข้นของ H+ ไอออน
[HA] = ความเข้มข้นของกรดที่มีอยู่

จากนั้นสามารถระบุค่า pKa ของค่าคงที่การแยกตัวของกรดได้ดังนี้

pKa = – log10[Ka]

เราสามารถระบุได้ว่ากรดเป็นกรดแก่หรือกรดอ่อนโดยพิจารณาจากค่า pKa กรดอ่อนถ้าค่า pKa สูง เนื่องจากจำนวน pKa ที่มากกว่าแสดงว่า Ka มีค่าต่ำ จึงเป็นเช่นนั้น

ค่าของ [A–][H+] ควรต่ำกว่าค่าของ [HA] เพื่อให้ Ka มีค่าต่ำ นี่แสดงว่ากรดถูกแยกออกบางส่วน อย่างไรก็ตาม หากค่าของ [A–][H+] มากกว่า [HA] ค่า Ka จะมาก และค่า pKa จะต่ำแสดงว่ากรดมีศักยภาพรุนแรง

pH และ pKa

เมื่อคุณมีค่า pH หรือ pKa คุณจะทราบบางสิ่งเกี่ยวกับสารละลายหนึ่งๆ และเปรียบเทียบกับโซลูชันอื่นๆ ได้อย่างไร:

ยิ่ง pH ต่ำ ความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนก็จะยิ่งสูงขึ้น [H+]
ยิ่งค่า pKa ต่ำ กรดก็จะยิ่งแข็งแรง และความสามารถในการบริจาคโปรตอนก็จะยิ่งมากขึ้น
pH ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารละลาย นี่เป็นสิ่งสำคัญเพราะหมายความว่ากรดอ่อนอาจมีค่า pH ต่ำกว่ากรดแก่ที่เจือจาง ตัวอย่างเช่นน้ำส้มสายชูเข้มข้น (กรดอะซิติก ซึ่งเป็นกรดอ่อน) อาจมี pH ต่ำกว่าสารละลายเจือจางของกรดไฮโดรคลอริก (กรดแก่)
ในทางกลับกัน ค่า pKa จะคงที่สำหรับโมเลกุลแต่ละประเภทและไม่ได้รับผลกระทบจากความเข้มข้น

ตารางเปรียบเทียบ

รายละเอียด	pKa	pH
นิยาม	pKa คือค่าลบของลอการิทึมของ Ka	pH คือค่าลอการิทึมของค่าผกผันของความเข้มข้น H+
บ่งชี้ความเป็นกรด	pKa บ่งชี้ว่ากรดเป็นกรดแก่หรือกรดอ่อน	pH บ่งชี้ว่าระบบมีสภาพเป็นกรดหรือด่าง
ค่า	pKa ของกรดสูง แสดงว่าเป็นกรดอ่อน และถ้า pKa ของกรดต่ำ แสดงว่าเป็นกรดแก่	ถ้าค่า pH ของระบบสูง ระบบก็จะเป็นด่าง แต่ถ้าค่า pH ต่ำ ระบบนั้นเป็นกรด
ผลกระทบของพารามิเตอร์อื่นๆ	pKa ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของกรด คอนจูเกตเบส และ H+	pH ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของ H+
สมการ Henderson-Hasselbalch	pH และ pKa สัมพันธ์กันโดยสมการ Henderson-Hasselbalch pH = pKa + log ([A–] / [HA])

การวัด pH

ในห้องเรียนวิทยาศาสตร์ มีกิจกรรมมากมายที่ต้องมีการทดสอบค่า pH ซึ่งรวมถึงการไทเทรตทางเคมี การทดสอบคุณภาพน้ำทางวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม และห้องปฏิบัติการกระบวนการทางชีววิทยา การตรวจวัดทำได้โดยกระดาษลิสมัตและเครื่องวัดค่ากรด-ด่าง

พีเอชมิเตอร์

เป็นเครื่องมือทดสอบกรด-ด่างชนิดที่แม่นยำที่สุด จะวัดค่าพีเอชของสารละลายโดยการวัดความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดกับอิเล็กโทรดอ้างอิง มิเตอร์จะอ่านค่า pH ให้ความละเอียดสูงระดับ 0.01 และมีประโยชน์สำหรับวิทยาศาสตร์ขั้นสูง มหาวิทยาหรืองานวิจัยที่ต้องการความแม่นยำระดับนี้