5.3 : Asit ve Bazlar: K_a, pK_a ve Göreceli Büyüklükler

Bu ders asitlerin ve bazların göreceli büyüklüklerin kritik bir yönünü ele almaktadır. Bir asidin gücü, asidin konjuge bazına ve sudaki hidronyum iyonuna ayrışmasıyla değerlendirilir. Güçlü bir asidin tamamen ayrışması, çok yüksek konsantrasyonda hidronyum iyonları ile doğrulanır. Sonuç olarak, eksik bir ayrışma süreci zayıf bir asit olduğunu doğrular. Dolayısıyla bu reaksiyonlarda denge kuvvetli asitler için ileri, zayıf asitler için ise geri yöndedir.

Buna göre asit kuvveti, ayrışmamış asit moleküllerinin ve hidronyum iyonlarının konsantrasyonu ile tanımlanır. Zayıf asit, denge sabiti (K_eq) aracılığıyla tahmin edilebilse de, seyreltik bir çözelti için sabittir ve su konsantrasyonundaki değişiklik ihmal edilebilir düzeydedir. Bu gözlem, asitlik sabiti veya ayrışma sabiti K_a olarak bilinen değiştirilmiş bir denge sabitine yol açar. Bir asitlik ölçeği olan asitlik sabitini tanımlamak için genel asit-baz reaksiyonunu göz önünde bulundurun:

Figure 1: Genel bir asidin su içinde ayrışması

Burada HA jenerik asidi, A^− ise onun konjuge bazını belirtir. Aşağıdaki ifade bu reaksiyonun asitlik sabitini temsil etmektedir.

Figure 2: Genel bir asit ayrışması için asitlik sabiti

Bu ilişki paydaki hidronyum iyonlarının konsantrasyonuna odaklanır. Buna göre, bu iyonların artması asitlik sabitinin artmasına ve daha güçlü bir asit oluşmasına yol açar. Organik asitlerde K_a'nın büyüklüğü tipik olarak birkaç mertebeye yayılır. Dolayısıyla farklı asitlerin kuvveti, K_a'nın negatif logaritması olarak hesaplanan pK_a değerleri cinsinden ifade edilir:

Figure 3: pK_a'nın ifadesi

Burada eksi işareti pK_a değeri ile asitlik arasındaki ters ilişkiyi göstermektedir. Benzoik asit ve hidrobromik asit ile açıklandığı gibi, daha yüksek bir pK_a değeri daha düşük bir K_a değerine eşittir, bu da daha zayıf bir asit anlamına gelir.

Yukarıdaki prensibin genişletilmesiyle pK_a değerleri aynı zamanda bir bazın gücünü de belirleyebilir. Bir bazın ayrışması bir konjuge asit oluşturduğundan, daha güçlü bir konjuge asit, daha zayıf bir baza karşılık gelir. Örneğin metanol ile etilamini ele alalım. Metanolün pK_a değeri -3,8 olan konjuge asidi, pK_a değeri 10,6 olan etilaminin konjuge asidinden daha asidiktir. Bu nedenle metanol, etilaminden daha zayıf bir bazdır.