Konstanta disosiasi asam

Templat:Asam dan basa Konstanta disosiasi asam (K_a) atau konstanta keasaman adalah sebuah konstanta atau tetapan keseimbangan spesifik untuk sebuah asam dan basa konjugasinya di sebuah larutan berair. Konstanta ini merupakan konstanta kesetimbangan untuk suatu reaksi kimia

$\mathrm{H}\mathrm{A}\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}\mathrm{A}{\phantom{A}}^{-}+\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}$

yang dikenal sebagai disosiasi dalam konteks reaksi asam-basa. Spesi kimia HA adalah suatu asam yang terdisosiasi menjadi Templat:Chem2, basa konjugasi dari asam tersebut dan suatu ion hidrogen, Templat:Chem2.Templat:Efn Sistem dikatakan dalam kesetimbangan ketika konsentrasi komponennya tidak akan berubah dari waktu ke waktu, karena reaksi maju dan mundur terjadi dengan laju yang sama.

Konstanta disosiasi didefinisikan sebagaiTemplat:Efn

$K_{\text{a}}=\frac{[A^{-}][H^{+}]}{[HA]},$ or

$\mathrm{p}{K}_{\mathrm{a}}=-{\log }_{10}{K}_{\text{a}}={\log }_{10}\frac{[\mathrm{H}\mathrm{A}]}{[\mathrm{A}{\phantom{A}}^{-}][\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}]}$

dengan kuantitas dalam tanda kurung mewakili konsentrasi spesi pada kesetimbangan.Templat:Efn

Definisi

Menurut definisi awal menurut Arrhenius, asam adalah zat yang berdisosiasi dalam larutan berair, melepaskan ion hidrogen Templat:Chem2 (suatu proton):

$\mathrm{H}\mathrm{A}\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}\mathrm{A}{\phantom{A}}^{-}+\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}$

Tetapan kesetimbangan untuk reaksi disosiasi ini dikenal sebagai konstanta disosiasi. Proton yang dibebaskan bergabung dengan molekul air menghasilkan ion hidronium (atau oksonium) Templat:Chem2 (proton telanjang tidak ada dalam larutan), sehingga Arrhenius kemudian mengusulkan bahwa disosiasi harus ditulis sebagai reaksi asam-basa:

$\mathrm{H}\mathrm{A}+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}\mathrm{A}{\phantom{A}}^{-}+\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}^{+}$

Asam asetat, suatu asam lemah, mendonorkan proton (ion hidrogen, disorot dalam warna hijau) ke air dalam reaksi kesetimbangan untuk menghasilkan ion asetat dan ion hidronium. Merah: oksigen, hitam: karbon, putih: hidrogen.

Brønsted dan Lowry menggeneralisasi ini lebih lanjut ke dalam suatu reaksi pertukaran proton:

$\text{asam}+\text{basa }\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}\text{ basa konjugasi}+\text{asam konjugasi}$

Asam kehilangan proton, meninggalkan basa konjugasinya; proton dipindahkan ke basa, menghasilkan asam konjugasi. Untuk larutan encer dari asam HA, basanya adalah air; basa konjugasinya adalah Templat:Chem2 dan asam konjugasinya adalah ion hidronium. Definisi Brønsted–Lowry berlaku pula untuk jenis pelarut lain, seperti dimetil sulfoksida: pelarut S bertindak sebagai basa, menerima proton dan membentuk asam konjugasi Templat:Chem2.

$\mathrm{H}\mathrm{A}+\mathrm{S}\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}\mathrm{A}{\phantom{A}}^{-}+\mathrm{S}\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}$

Dalam kimia larutan, adalah hal yang biasa untuk menggunakan Templat:Chem2 sebagai singkatan untuk ion hidrogen terlarut, terlepas dari pelarutnya. Dalam larutan berair Templat:Chem2 menyatakan ion hidronium tersolvasi dan bukan proton.

Penunjukan asam atau basa sebagai "konjugat" tergantung pada konteksnya. Asam konjugasi Templat:Chem2 dari basa B berdisosiasi menurut persamaan

$\mathrm{B}\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{O}\mathrm{H}{\phantom{A}}^{-}\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}\mathrm{B}+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$

yang merupakan kebalikan dari kesetimbangan

$\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}\text{ (asam)}+\mathrm{B}\text{ (basa) }\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}\mathrm{O}\mathrm{H}{\phantom{A}}^{-}\text{ (basa konjugasi)}+\mathrm{B}\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}\text{ (asam konjugasi)}$

Ion hidroksida Templat:Chem2, suatu basa yang sangat dikenal, di sini bertindak sebagai basa konjugasi dari asam berair. Asam dan basa dengan demikian masing-masing dianggap hanya sebagai donor dan akseptor proton.

Definisi yang lebih luas dari disosiasi asam meliputi hidrolisis, suatu proses yang melibatkan pembentukan proton oleh adanya pemisahan molekul air. Misalnya, asam borat (Templat:Chem2) menghasilkan Templat:Chem2 seperti layaknya donor proton, namun telah dikonfirmasi melalui spektroskopi Raman bahwa hal ini disebabkan oleh kesetimbangan hidrolisis:

$\mathrm{B}(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_3+2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}\mathrm{B}(\mathrm{O}\mathrm{H}){\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{-}+\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}^{+}$

Serupa dengan itu, hidrolisis ion logam menyebabkan ion seperti Templat:Chem2 berperilaku layaknya asam lemah:

$[\mathrm{A}\mathrm{l}(\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}){\phantom{A}}_6]{\phantom{A}}^{3+}+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}[\mathrm{A}\mathrm{l}(\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}){\phantom{A}}_5(\mathrm{O}\mathrm{H})]{\phantom{A}}^{2+}+\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}^{+}$

Menurut definisi awal Lewis, asam adalah suatu zat yang menerima pasangan elektron untuk membentuk ikatan kovalen koordinasi.

Tetapan kesetimbangan

Konstanta disosiasi asam adalah contoh khusus dari konstanta kesetimbangan. Disosiasi asam monoprotik, HA, dalam larutan encer dapat ditulis sebagai

$\mathrm{H}\mathrm{A}\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}\mathrm{A}{\phantom{A}}^{-}+\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}$

Konstanta kesetimbangan termodinamika Templat:Tmath dapat didefinisikan sebagai

$K^{\ominus }=\frac{\{\mathrm{A}{\phantom{A}}^{-}\}\{\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}\}}{\{\mathrm{H}\mathrm{A}\}}$

dengan Templat:Math menyatakan aktivitas, pada kesetimbangan, dari spesi kimia X. Templat:Tmath adalah tanpa dimensi karena aktivitas tidak berdimensi. Aktivitas produk disosiasi ditempatkan di pembilang, aktivitas reaktan ditempatkan di penyebut. Lihat koefisien aktivitas untuk turunan dari ungkapan ini.

Variasi pK_a asam asetat dengan kekuatan ionik.

Karena aktivitas adalah hasil kali dari konsentrasi dan koefisien aktivitas (γ) definisi ini juga dapat ditulis sebagai

$K^{\ominus }=\frac{[\mathrm{A}{\phantom{A}}^{-}][\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}]}{[\mathrm{H}\mathrm{A}]}\mathrm{\Gamma },\mathrm{\Gamma }=\frac{{\gamma }_{\mathrm{A}{\phantom{A}}^{-}}{\gamma }_{\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}}}{{\gamma }_{\mathrm{H}\mathrm{A}}}$

dengan Templat:Tmath mewakili konsentrasi HA dan Templat:Tmath adalah hasil bagi dari koefisien aktivitas.

Basa dan kebasaan

Konstanta kesetimbangan K_b untuk basa biasanya didefinisikan sebagai konstanta asosiasi dari protonasi basa, B, membentuk asam konjugasi, Templat:Chem2.

$\mathrm{B}+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}\mathrm{H}\mathrm{B}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{O}\mathrm{H}{\phantom{A}}^{-}$

Menggunakan penalaran yang mirip dengan yang digunakan sebelumnya

$\begin{array}{cc}{K}_{\text{b}}& =\frac{[H{B}^{+}][O{H}^{-}]}{[B]}\\ \mathrm{p}{K}_{\text{b}}& =-{\log }_{10}\left(K_{\text{b}}\right)\end{array}$

K_b terkait dengan K_a untuk asam konjugasi. Dalam air, konsentrasi ion hidroksida., Templat:Chem2, berhubungan dengan konsentrasi ion hidrogen Templat:Chem2, karenanya

$\mathrm{[}\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{\mathrm{-}}\mathrm{]}=\frac{K_{\mathrm{w}}}{\mathrm{[}{\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}\mathrm{]}}$

Substitusi ekspresi untuk Templat:Chem2 ke dalam ekspresi untuk K_b menghasilkan

$K_{\text{b}}=\frac{[\mathrm{H}{\mathrm{B}}^{\mathrm{+}}]K_{\text{w}}}{\mathrm{[}\mathrm{B}\mathrm{]}\mathrm{[}{\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}\mathrm{]}}=\frac{K_{\text{w}}}{K_{\text{a}}}$

Ketika K_a, K_b dan K_w ditentukan di bawah kondisi suhu dan kekuatan ion yang sama, maka, dengan mengambil kologaritma, bahwa pK_b = pK_w − pK_a. Dalam larutan berair pada 25 °C, pK_w adalah 13,9965, sehingga

$\mathrm{p}{K}_{\text{b}}\approx 14-\mathrm{p}{K}_{\text{a}}$

Faktor yang mempengaruhi nilai pK_a

Termodinamika

Konstanta kesetimbangan terkait dengan perubahan Energi Gibbs standar untuk reaksi, sehingga untuk konstanta disosiasi asam

$\mathrm{\Delta }{G}^{\ominus }=-RT\ln K_{\text{a}}\approx 2.303RT\mathrm{p}{K}_{\text{a}}$.

R adalah konstanta gas dan T adalah suhu mutlak. Perhatikan bahwa Templat:Nowrap dan Templat:Nowrap. Pada 25 °C, ΔGTemplat:Sup dalam kJ·mol⁻¹ ≈ 5.708 pK_a (1 kJ·mol⁻¹ = 1000 joule per mol). Energi bebas terdiri dari entalpi dan entropi.

$\mathrm{\Delta }{G}^{\ominus }=\mathrm{\Delta }{H}^{\ominus }-T\mathrm{\Delta }{S}^{\ominus }$

Perubahan entalpi standar dapat ditentukan dengan kalorimetri atau dengan menggunakan persamaan van 't Hoff, meskipun metode kalorimetri lebih disukai. Ketika perubahan entalpi standar dan konstanta disosiasi asam telah ditentukan, perubahan entropi standar dapat dengan mudah dihitung dari persamaan di atas. Dalam tabel berikut, istilah entropi dihitung dari nilai eksperimen pK_a dan ΔHTemplat:Sup. Data dipilih secara kritis dan dirujuk pada 25 °C dan kekuatan ion nol, dalam air.

Asam

Senyawa	Kesetimbangan	pKa	ΔGTemplat:Sup (kJ·molTemplat:Sup)Templat:Efn	ΔHTemplat:Sup (kJ·molTemplat:Sup)	−TΔSTemplat:Sup (kJ·molTemplat:Sup)Templat:Efn
HA = Asam asetat	HA Templat:Eqm H+ + A−	4.756	27.147	−0.41	27.56
H2A+ = GlisinaH+	H2A+ Templat:Eqm HA + H+	2.351	13.420	4.00	9.419
	HA Templat:Eqm H+ + A−	9.78	55.825	44.20	11.6
H2A = Asam maleat	H2A Templat:Eqm HA− + H+	1.92	10.76	1.10	9.85
	HA− Templat:Eqm H+ + A2−	6.27	35.79	−3.60	39.4
H3A = Asam sitrat	H3A Templat:Eqm H2A− + H+	3.128	17.855	4.07	13.78
	H2A− Templat:Eqm HA2− + H+	4.76	27.176	2.23	24.9
	HA2− Templat:Eqm A3− + H+	6.40	36.509	−3.38	39.9
H3A = Asam borat	H3A Templat:Eqm H2A− + H+	9.237	52.725	13.80	38.92
H3A = Asam fosfat	H3A Templat:Eqm H2A− + H+	2.148	12.261	−8.00	20.26
	H2A− Templat:Eqm HA2− + H+	7.20	41.087	3.60	37.5
	HA2− Templat:Eqm A3− + H+	12.35	80.49	16.00	54.49
HA− = Hidrogen sulfat	HA− Templat:Eqm A2− + H+	1.99	11.36	−22.40	33.74
H2A = Asam oksalat	H2A Templat:Eqm HA− + H+	1.27	7.27	−3.90	11.15
	HA− Templat:Eqm A2− + H+	4.266	24.351	−7.00	31.35

Asam konjugasi dari basa

Senyawa	Kesetimbangan	pKa	ΔHTemplat:Sup (kJ·molTemplat:Sup)	−TΔSTemplat:Sup (kJ·molTemplat:Sup)
B = Amonia	HB+ Templat:Eqm B + H+	9.245	51.95	0.8205
B = Metilamina	HB+ Templat:Eqm B + H+	10.645	55.34	5.422
B = Trietilamina	HB+ Templat:Eqm B + H+	10.72	43.13	18.06

Nilai untuk zat yang umum

Terdapat berbagai teknik untuk menentukan nilai pK_a dari suatu zat kimia, menyebabkan beberapa perbedaan antara sumber yang berbeda. Nilai yang diukur dengan baik biasanya berada dalam jarak 0,1 unit satu sama lain. Data yang disajikan di sini diambil di 25 °C dalam air. Lebih banyak nilai dapat ditemukan di bagian Termodinamika, di atas. Tabel pK_a dari asam-asam karbon, yang diukur dalam DMSO, dapat ditemukan pada halaman karbanion.

Zat kimia	Kesetimbangan	pKa
BH = Adenina	BH Templat:Eqm B− + H+	4,17
	Templat:Chem Templat:Eqm BH + H+	9,65
H3A = Asam arsenat	H3A Templat:Eqm H2A− + H+	2,22
	H2A− Templat:Eqm HA2− + H+	6,98
	HA2− Templat:Eqm A3− + H+	11,53
HA = Asam benzoat	HA Templat:Eqm H+ + A−	4,204
HA = Asam butirat	HA Templat:Eqm H+ + A−	4,82
H2A = Asam kromat	H2A Templat:Eqm HA− + H+	0,98
	HA− Templat:Eqm A2− + H+	6,5
B = Kodein	BH+ Templat:Eqm B + H+	8,17
HA = Kresol	HA Templat:Eqm H+ + A−	10.29
HA = Asam format	HA Templat:Eqm H+ + A−	3,751
HA = Asam fluorida	HA Templat:Eqm H+ + A−	3,17
HA = Asam sianida	HA Templat:Eqm H+ + A−	9,21
HA = Hidrogen peroksida (90%)	HA Templat:Eqm H+ + A−	11,7
HA = Asam laktat	HA Templat:Eqm H+ + A−	3.86
HA = Asam propionat	HA Templat:Eqm H+ + A−	4,87
HA = Fenol	HA Templat:Eqm H+ + A−	9,99
H2A = Asam L-(+)-Askorbat	H2A Templat:Eqm HA− + H+	4,17
	HA− Templat:Eqm A2− + H+	11,57

Lihat pula

• Asidosis
• Alkalosis
• Kesetimbangan kimia
• Fungsi keasaman Hammett: ukuran keasaman yang digunakan untuk larutan asam kuat yang sangat pekat, termasuk superasam.
• pH

Bacaan lebih lanjut

• Templat:Cite book (Previous edition published as Templat:Cite book)
• Templat:Cite book
• Templat:Housecroft3rd (Non-aqueous solvents)
• Templat:Cite book (translation editor: Mary R. Masson)
• Templat:Cite book
• Templat:Cite book Chapter 4: Solvent Effects on the Position of Homogeneous Chemical Equilibria.
• Templat:Cite book

Pranala luar

• Acidity–Basicity Data in Nonaqueous Solvents Bibliografi yang luas dari nilai pK_a dalam DMSO, asetonitril, THF, heptana, 1,2-dikloroetana, dan dalam fasa gas
• Curtipot Perangkat gratis semua-jadi-satu untuk perhitungan kesetimbangan pH dan asam-basa serta untuk simulasi dan analisis kurva titrasi potensiometri dengan lembar bentang
• SPARC Physical/Chemical property calculator Termasuk basis data dengan nilai pK_a fase berair, tidak berair, dan gas daripada yang dapat dicari menggunakan SMILES atau nomor registrasi CAS
• Aqueous-Equilibrium Constants nilai pK_a untuk berbagai asam dan basa. Termasuk tabel beberapa hasil kali kelarutan
• Panduan gratis interpretasi dan pengukuran pK_a dan log p Templat:Webarchive Penjelasan tentang relevansi sifat-sifat ini dengan farmakologi
• Free online prediction tool (Marvin) pK_a, log p, log d dll. Dari ChemAxon
• Diagram pK_a [1] oleh David A. Evans