Relation pH et pKa L'équation de Henderson-Hasselbalch

Le pH est une mesure de la concentration des ions hydrogène dans une solution aqueuse. Le pKa (constante de dissociation acide) et le pH sont liés, mais le pKa est plus spécifique en ce qu'il vous aide à prédire ce qu'une molécule fera à un pH spécifique. Essentiellement, le pKa vous indique ce que le pH doit être pour qu'une espèce chimique donne ou accepte un proton.

La relation entre le pH et le pKa est décrite par l'équation de Henderson-Hasselbalch.

pH, pKa et équation de Henderson-Hasselbalch

• Le pKa est la valeur de pH à laquelle une espèce chimique accepte ou donne un proton.
• Plus le pKa est bas, plus l'acide est fort et plus la capacité de donner un proton en solution aqueuse est grande.
• L'équation de Henderson-Hasselbalch fait référence au pKa et au pH. Cependant, ce n'est qu'une approximation et ne doit pas être utilisé pour des solutions concentrées ou pour des acides à pH extrêmement bas ou des bases à pH élevé.

pH et pKa

Une fois que vous avez des valeurs de pH ou de pKa, vous savez certaines choses sur une solution et comment elle se compare avec d'autres solutions:

• Plus le pH est bas, plus la concentration en ions hydrogène est élevée, [H⁺].
• Plus le pKa est bas, plus l'acide est fort et plus sa capacité à donner des protons est grande.
• Le pH dépend de la concentration de la solution. Ceci est important car cela signifie qu'un acide faible pourrait en fait avoir un pH inférieur à un acide fort dilué. Par exemple, le vinaigre concentré (acide acétique, qui est un acide faible) pourrait avoir un pH inférieur à une solution diluée d'acide chlorhydrique (un acide fort).
• En revanche, la valeur de pKa est constante pour chaque type de molécule. Il n'est pas affecté par la concentration.
• Même un produit chimique généralement considéré comme une base peut avoir une valeur de pKa car les termes "acides" et "bases" se réfèrent simplement à la question de savoir si une espèce abandonnera les protons (acide) ou les supprimera (base). Par exemple, si vous avez une base Y avec un pKa de 13, elle acceptera des protons et formera YH, mais lorsque le pH dépasse 13, YH sera déprotoné et deviendra Y. Parce que Y enlève les protons à un pH supérieur au pH de eau neutre (7), elle est considérée comme une base.

Relier le pH et le pKa avec l'équation de Henderson-Hasselbalch

Si vous connaissez le pH ou le pKa, vous pouvez résoudre l'autre valeur en utilisant une approximation appelée l'équation de Henderson-Hasselbalch:

pH = pKa + log ([base conjuguée] / [acide faible])
pH = pka + log ([A^-]/[HA])

Le pH est la somme de la valeur de pKa et du log de la concentration de la base conjuguée divisée par la concentration de l'acide faible.

À la moitié du point d'équivalence:

pH = pKa

Il est à noter que cette équation est parfois écrite pour le K_une valeur plutôt que pKa, vous devez donc connaître la relation: 

pKa = -logK_une

Hypothèses pour l'équation de Henderson-Hasselbalch

La raison pour laquelle l'équation de Henderson-Hasselbalch est une approximation est qu'elle supprime la chimie de l'eau de l'équation. Cela fonctionne lorsque l'eau est le solvant et est présente en très grande proportion par rapport à [H +] et à la base acide / conjugué. Vous ne devez pas essayer d'appliquer l'approximation pour les solutions concentrées. Utilisez l'approximation uniquement lorsque les conditions suivantes sont remplies:

• -1 < log ([A−]/[HA]) < 1
• La molarité des tampons doit être 100 fois supérieure à celle de la constante d'ionisation acide K_une.
• N'utilisez des acides forts ou des bases fortes que si les valeurs de pKa se situent entre 5 et 9.

Exemple de problème de pKa et de pH

Rechercher [H⁺] pour une solution de 0,225 M NaNO₂ et 1,0 M HNO₂. Le K_une valeur (à partir d'un tableau) de HNO₂ est 5,6 x 10^-4.