Syrakonstant

En syrakonstant (K_a eller K_s) är en specifik typ av jämviktskonstant som indikerar hur mycket en syra kan protolyseras (dissocieras), det vill säga hur stor andel av syran som reagerar med vatten och bildar oxoniumjoner (H₃O⁺) i vattenlösning. Ibland beskrivs syrakonstanter som dissociationskonstanter, något oegentligt eftersom det inte finns fria H⁺-joner i lösningen. Eftersom konstanten varierar mycket i storlek mellan olika syror visas den ofta genom den additiva inversen av dess 10-logaritm, genom symbolen pK_a (jämför pH):

pK_a = −log₁₀K_a

Några vanliga syror och deras pK_a-värden vid 25 °C (298,15 K)

Namn	Formel	pKa,1	pKa,2	pKa,3
Salpetersyra	HNO3	−1,30
Saltsyra	HCl	<0
Svavelsyra	H2SO4	<0	1,99
Oxoniumjon	H3O+	0,00	14,00
Oxalsyra	(COOH)2	0,90	4,20
Fosforsyra	H3PO4	2,16	7,20	12,35
Kolsyra	H2CO3	6,35	10,33
Divätesulfid	H2S	6,99	12,92
Borsyra	H3BO3	9,24
Ammoniumjon	NH4+	9,25
Kiselsyra	H4SiO4	9,84	13,20

pK_a-värdet motsvarar det pH-värde då syran dissocierat till 50 %, det vill säga då {HA} = {A^-}. Starka syror, till exempel svavelsyra, protolyseras nästan helt i vattenlösning och har därmed låga pK_a-värden (under 1), medan svaga syror, till exempel ättiksyra, bara protolyseras delvis och har ett högre pK_a-värde.

Vidare kan flera syror dissociera i två eller flera steg (två- och flerprotoniga syror) och dessa definieras då av två eller fler pK_a-värden, betecknade med siffror, till exempel pK_a,1, pK_a,2, pK_a,3 respektive. För aminosyror används ibland beteckningarna pK₁ för karboxylgruppens (–COOH), pK₂ för aminogruppens (–NH₃⁺) och pK_R för sidokedjans pK_a-värde, oavsett om sidokedjans protolyssteg är det andra eller det tredje.^[1][2]

Varje syra har en korresponderande bas med en baskonstant K_b. Produkten av syrakonstanten och baskonstanten är lika med vattnets autoprotolyskonstant K_w, och sålunda är pK_a + pK_b = pK_w. Därför uppges som regel endast pK_a-värden i tabellverk.

pK_a-värden används bland annat vid beräkningar av pH i buffertlösningar, för att bestämma deras buffertkapacitet och för att utreda optimala betingelser för titreringar.

Definition av syrakonstanten

För en enprotonig syra, det vill säga för en syra HA som dissocierar i endast ett steg, kan vi skriva följande generella jämviktsreaktion, med jämviktskonstanten K_a:

${\displaystyle {\mbox{HA}}\rightleftharpoons {\mbox{H}}^{+}+{\mbox{A}}^{-}\qquad$ ;\qquad K_{\mathrm {a} }}

Av den allmänna definitionen av jämviktskonstant följer att:

${\displaystyle K_{\mathrm {a} }={\frac {\{{\mbox{H}}^{+}\}\cdot \{{\mbox{A}}^{-}\}}{\{{\mbox{HA}}\}}}}$

En tvåprotonig syra H₂A dissocierar i två steg. Det första steget skrivs:

${\displaystyle {\mbox{H}}_{2}{\mbox{A}}\rightleftharpoons {\mbox{H}}^{+}+{\mbox{HA}}^{-}\qquad$ ;\qquad K_{\mathrm {a} ,1}}

där K_a,1 definieras på motsvarande sätt som för en enprotonig syra, nämligen:

${\displaystyle K_{\mathrm {a} ,1}={\frac {\{{\mbox{H}}^{+}\}\cdot \{{\mbox{HA}}^{-}\}}{\{{\mbox{H}}_{2}{\mbox{A}}\}}}}$

Det andra steget kan skrivas på två sätt; antingen utgår man från HA^-:

${\displaystyle {\mbox{HA}}^{-}\rightleftharpoons {\mbox{H}}^{+}+{\mbox{A}}^{2-}\qquad$ ;\qquad K_{\mathrm {a} ,2}}

där K_a,2 definieras som:

${\displaystyle K_{\mathrm {a} ,2}={\frac {\{{\mbox{H}}^{+}\}\cdot \{{\mbox{A}}^{2-}\}}{\{{\mbox{HA}}^{-}\}}}}$

Alternativt kan man utgå från H₂A och man får:

${\displaystyle {\mbox{H}}_{2}{\mbox{A}}\rightleftharpoons 2{\mbox{H}}^{+}+{\mbox{A}}^{2-}\qquad$ ;\qquad \beta _{2}}

Jämviktskonstanten benämns i litteraturen ofta som β så fort två eller fler vätejoner är inblandade i reaktionen. Konstanten β₂ definieras som:

${\displaystyle \beta _{2}={\frac {\{{\mbox{H}}^{+}\}^{2}\cdot \{{\mbox{A}}^{2-}\}}{\{{\mbox{H}}_{2}{\mbox{A}}\}}}}$

Syrakonstanterna för tre- och fyraprotoniga syror definieras på motsvarande sätt.

Se även

• Jämviktskonstant
• Syra
• Baskonstant
• Dissociationskonstant

Källor

1. Whitford, David (2005). Proteins: Structure and function. Chichester: John Wiley & Sons. sid. 14–15. ISBN 978-0471-49894-0
2. Voet, Donald; Judith G Voet (2004). Biochemistry (3). Hoboken: John Wiley & Sons. sid. 65–67. ISBN 0-471-19350-X