Tabulka pKa hodnot

Pojďme si ukázat, jak správně zacházet s tabulkou hodnot pKa. Z obecné chemie víme, že pKa je rovno záporně vzatému dekadickému logaritmu z Ka. Čím nižší je hodnota pKa, tím silnější je daná kyselina. V organické chemii hodnotu pKa hojně využíváme. Z toho důvodu je dobré této veličině dobře porozumět. Pojďme si to ukázat na příkladu kyseliny chlorovodíkové, HCl, jejíž pKa je rovno zhruba minus 7. Při reakci kyseliny se zásadou je odštěpen proton a tyto elektrony zůstanou u chloru. Použiji na to jinou barvu. Fialové elektrony přejdou na chlor a vytvoří tak chloridový anion. Chloridový anion je tedy konjugovanou bází k HCl. Čím nižší je hodnota pKa, tím silnější je kyselina, tedy ze sloučenin v této tabulce má HCl nejnižší hodnotu pKa. Proto můžeme říci, že je to z těchto sloučenin nejsilnější kyselina. Z obecné chemie také víme, že čím silnější je kyselina, tím slabší je její konjugovaná báze. Když je kyselina silná, konjugovaná báze pak musí být odolná ke znovupřijetí vodíku. Pokud je lehké vodík odštěpit, mělo by být velmi těžké jej znovu navázat, jinak by se nejednalo o silnou kyselinu. HCl má tedy nejnižší hodnotu pKa v této tabulce, a je tou nejsilnější kyselinou. Chloridový anion musí naopak být nejslabší z nabízených konjugovaných bází, které se nacházejí v pravém sloupečku tabulky. Pojďme se nyní podívat na tuto kyselinu. Pokud se potká se zásadou a ta jí odebere proton, elektrony zůstanou na tomto kyslíku. Použijeme stejnou barvu elektronů. Fialové elektrony tedy přejdou na kyslík, a tím vytvoří konjugovanou bázi, aceton. Přibližná hodnota pKa pro tento proton je minus 3. Pro tento konkrétní proton jsem již viděl různé hodnoty pKa jako −6 nebo −7, použijte hodnotu ze zadání nebo z tabulek, které najdete. Obecně se hodnoty pKa mohou trochu lišit, pro tuto látku jsem tak už viděl velmi různé hodnoty. Dále máme v tabulce hydronium, H₃O⁺. Pokud bude reagovat se zásadou, odštěpí vodík, jehož pKa je zhruba −2. Fialové elektrony z rozštěpené vazby přejdou na kyslík, A to budou přesně tyto elektrony v konjugované bázi, vodě. Hydronium má tedy vyšší hodnotu pKa než HCl. Proto H₃O⁺ není tak silnou kyselinou. Mohli bychom to říci ještě jinak. HCl má nižší hodnotu pKa, je proto silnější kyselinou než H₃O⁺ Pojďme se podívat na nějaké další příklady kyselin a jejich hodnot pKa. Co třeba kyselina octová? Tedy sloučenina s tímto vzorcem. Tento kyselý vodík v kyselině octové má hodnotu pKa zhruba 5. Pokud se po reakci se zásadou odštěpí proton, elektrony přejdou na tento kyslík. Tím pádem bude mít tento kyslík záporný formální náboj. Toto je tedy acetátový anion, neboli konjugovaná báze ke kyselině octové. A hned tu máme další sloučeninu. Ta má hned dva protony a není úplně důležité, který vybereme. Hodnota pKa je zde hruba rovna 9. Při reakci se zásadou je odštěpen proton a fialové elektrony přejdou na tento uhlík. Uhlík si jen zakroužkuji a připíši mu nově záporný formální náboj. Další sloučeninou je fenol. Kyselým vodíkem fenolu je tento. Pokud nám jej cizí zásada odtrhne, fialové elektrony pak přejdou na kyslík, což kyslíku dodá záporný formální náboj. Takto vypadá vzniklá konjugovaná báze. Hodnota pKa pro tento proton je zhruba 10. Jen si tu udělám trochu místa a můžeme jít na další příklady. Další sloučeninou je voda. Jaká je hodnota pKa vody? Je to zhruba 15,7. Konjugovanou zásadou vody je hydroxidový anion. Dále tu máme ethanol. Tento kyselý vodík v ethanolu má pKa hodnotu kolem 16. Fialově vyznačené elektrony se po reakci připojí ke kyslíku, tím kyslík získá záporný formální náboj. Vzniklá sloučenina se nazývá ethanolát. O kolik je fenol kyselejší než ethanol? Nižší hodnota pKa značí silnější kyselinu. Fenol má hodnotu pKa 10, zatímco ethanol 16. O kolik je tedy tato sloučenina kyselejší než tato? Vzpomeňme si na definici pKa. pKa je rovno záporně vzatému dekadickému logaritmu z Ka. Každá jednotka pKa tedy odpovídá změně o číselný řád. O kolik jednotek pKa se lišíme u těchto hodnot? Máme tu hodnoty 10 a 16. Rozdíl mezi nimi je roven 6. Ta šestka ale představuje řádový rozdíl. Tento proton na fenolu je 10 na 6 kyselejší. Tato sloučenina je tedy milionkrát kyselejší než ethanol. Takto bychom měli vždy uvažovat o síle kyselin při pohledu na tabulku pKa hodnot. Vidíme ale, že pracovat s pKa je poněkud praktičtější. To je také důvod, proč se v organické chemii tolik používají. Pojďme si prozkoumat další alkohol. Tento proton má hodnotu pKa zhruba rovnou 17 a toto je jeho konjugovaná báze. Dále tu máme další alkohol, jehož kyselý proton má hodnotu pKa kolem 18. Jeho odštěpením získáme tuto konjugovanou bázi. Tyto dva alkoholy vám tu ukazuji z určitého důvodu. Později si totiž ukážeme, čím je způsobené, že mají různé hodnoty pKa. Ale teď se pojďme podívat na další sloučeniny. pKa hodnota tohoto protonu je zhruba 19. Pokud tedy při reakci se zásadou odštěpí tento červeně zakroužkovaný proton, tyto fialově označené elektrony se stanou těmito elektrony lokalizovanými na uhlíku. Tím získá uhlík záporný formální náboj. Další sloučeninou je acetylen. Hodnota pKa, která se pro něj uvádí, je zhruba 25. Fialově označené elektrony zůstanou na tomto uhlíku při tvoření konjugované báze. Dále je tu amoniak. Pokud by amoniaku byl silnější zásadou odebrán proton, tyto elektrony by se přesunuly při vytváření konjugované báze na dusík. pKa amoniaku je zhruba 36. Ve skutečnosti se u této sloučeniny udává několik hodnot, jako třeba 33 nebo i 38. Používejte takovou hodnotu, kterou jste probírali ve škole. Ještě tu máme pár příkladů, pojďme si je projít. Jaká je hodnota pKa pro tento proton? Je to zhruba 44. Fialově označené elektrony tedy přejdou na tento uhlík, a vytvoří tím konjugovanou bázi. Na závěr jsem si nechal úplně nejslabší kyselinu v tabulce. Hodnota pKa jejího kyselého protonu je zhruba 50. Tyto fialové elektrony přejdou na tento uhlík. Pokud je ethan nejslabší kyselinou, její konjugovaná báze musí být naopak ze všech nejsilnější. Tuto pKa tabulku proto můžeme použít i pro určování síly zásad. Pokud tedy máme nějakou obecnou kyselinu, kterou si označím H-A... Fialové elektrony mohou znovu navázat daný proton a vytvořit znovu ethan. Pokud bychom toto použili jako zásadu, mohli bychom vytvořit zpětně ethan. Tady naopak platí, že čím silnější je zásada, tím slabší je konjugovaná kyselina. Tabulku s pKa hodnotami tedy využijeme jak pro určování síly kyselin, tak pro určování síly zásad.