酸碱反应
如何使用pKa表
最后更新:2023年1月24日
一个关键技能-如何使用pK一个表格
今天我们将讨论一个非常重要的技能，它可能需要一些时间来掌握，但会带来巨大的回报。我们将详细介绍如何使用pK一个酸碱反应是有利的还是不利的。
- pK一个是酸解离常数K的负对数一个，这可以通过实验来测量。
- pK一个已经测量了大量分子的值，并在很大程度上与酸性最强有关官能团存在于分子中。一个pK一个表是pK的一个有用的并发症一个值。
- 一个低pK值一个(例如-10)表示a强大的酸。一个高pK值一个(例如50)表示a弱酸。
- 酸碱反应有四个组成部分:一酸和一个基地与H交换债券共轭酸和一个共轭碱。
- 酸碱反应可以写成平衡;也就是说，正向或反向发生的。酸碱反应的有利方向是更强的酸和一个强大的基础给一个较弱的酸和一个较弱的基础。
- 人们可以通过比较pK来判断哪个方向是有利的一个酸和共轭酸。形成较弱的酸(即具有较高pK的分子)一个)将会受到青睐。
- 这些概念也可以应用于你将在课程后面学到的其他反应(例如取代反应)。
目录
1.酸性常数Ka及其负对数pKa
让我们回顾一下酸度常数的一些关键原理，以确保我们都在同一页上。
酸度常数K一个是一种测量酸H- a和它的解离生成H+和它之间平衡的方法共轭碱(-)。(这个值必须通过实验来测量)。
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- 一个强酸有完全或接近完全的解离，那么大K一个。
- 一个弱酸性有不完全解离，和小K一个。
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K的方程中没有一个是溶剂，我们通常假设是水。用水作为K的溶剂是有限制的一个在极端酸度和碱性下的测量。［注1]
你能根据K来判断哪种酸更强吗一个？
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为了更好地理解这些数字，我们经常使用负对数把它叫做酸性常数pK一个。
pK一个= - log K一个
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- 的更高的的pK一个,较弱的酸。
- 的较低的的pK一个,更强的酸。
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最强的酸之一，H-I有一个pK一个-10股。
水有pK一个14。［注2]
烷烃有一个pK一个大约50个。
［注3]
2.酸碱反应的四个组成部分
在酸碱反应中，键是形成在H而键是破碎的在H。
每个酸碱反应都有四个组件。
这是向前绘制的方向(从左到右)，但是反向反应(从右到左)也是酸碱反应。我们只是把恒等式翻转一下。
注意，通过像酸碱反应那样生成某种物质不暗示它实际发生以合理的价格。
这只能通过实验来确定。
我们只是说模式接下来是酸碱反应(即以相同的H形成和断开键)。
3.酸碱平庸原则
你认为酸碱反应偏向哪个方向?
它们是自发地从强酸变成弱酸，还是从弱酸变成强酸?
与您的经验更相关的是:向水中添加盐(NaCl)会产生无害的盐水，还是会产生放热生成的HCl气体和腐蚀性NaOH?
酸碱反应自发地朝着由强酸生成弱酸的方向进行
我喜欢称之为酸碱平庸原则。［注意4]
我们怎么知道哪种酸更强，哪种酸更弱呢?通过识别酸和共轭酸,比较他们两个pK一个值！
酸碱反应有利于pK值高的酸的形成一个价值。这与高压区域流向低压区域的方式并不是完全不同。
4.用pKa值和酸碱平庸原理预测酸碱反应
有了这两种心理工具，pK就越高一个，越弱的酸，和酸碱平庸的原理，我们都设置使用pK一个值来预测酸碱反应的方向。
酸碱反应产生具有较低pK的化合物一个会有一个更高的pK一个会受到青睐。
这个化合物较低的pK一个将是更强的酸和化合物更高的pK一个将是较弱的酸。
准备好测验了吗?
让我们从一个有末端的酸碱反应开始炔烃(pK一个25)和醋酸(pK一个4）
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现在让我们看看水(pK一个14)和醋酸(pK一个4）
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注意每个单位的差异pKa表示酸度的数量级差异。
通过测量pK的差值，我们可以大致了解平衡的位置一个值。
所以上面测验中的酸碱反应倾向于水(pK)一个14)大约10个数量级(1010)而不是醋酸(pK一个这意味着大约有100亿个水分子对应1个醋酸分子。
这个测试要求你计算平衡时每种酸的比例。
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一个很好的经验法则是pK的不同一个10个以上的pK一个单位将表示不可逆转的酸碱反应为进行化学反应的目的。［注5]
所以醋酸离子(这个共轭碱醋酸，pK一个4)完全能够使水脱质子(pK一个14)但平衡将非常不利(相差10 pK一个单位)。
指望醋酸离子能使a脱质子化是不合理的酮就像丙酮(pK一个17)在任何重要的程度上。
5.pKa值也是碱度的指南
pK一个值也是碱度的有用指南，但可能不是以您通常认为的方式。
有一个常见的误解需要澄清。
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这是真的更高的的pK一个,较弱的的酸。
这是否意味着更高的的pK一个,更强的的基地？
不!
为了使一种物质成为碱，它必须有一对孤电子，可以合理地除去一个质子。对于烷烃(pK)则不是这样一个= 50),烯烃(pK一个= 42)，或铵盐(pK一个= 10)和许多其他的。
相反，这是真的高pK一个越强。共轭碱。
你可以用pK一个数值来预测当质子(H+)被移除时碱的强度。
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下面是另一个快速测试:
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6.如何使用pKa表
酸味的终极指南是pK一个表的集合实际的测量不同分子的酸度。
典型的pK一个表涵盖了从氢碘酸H-I (pK一个= -9)到烷烃(pK一个= 50)表示大约60个数量级在反应性。［注6]
使用pK一个表中，一旦你确定了主要官能团，你就可以应用酸碱平庸原理，检查任何随机的酸碱反应。
它非常强大。
例如，将CH3.CH2(-),共轭碱乙硫醇脱质子酸氢(H2)给H(-) ?
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为了求出这个，我们画出酸碱反应的四个组分。然后我们查看我们的pK一个pK表一个的硫醇和H2。的pK一个大约是10,pK一个H2大约是35。
从CH开始3.CH2S(-)到H(-)会产生明显更强的酸(和更强的碱)，我们可以说这个反应是不利的。
只要稍加思考，你很快就会得出一个结论，那就是pK一个桌子就像扑克的牌手排名。
它在对基地的优势进行排序时特别有用。
例如，就像皇家同花顺在扑克中击败所有其他手一样，像CH这样的去质子烷烃3.(-)会有一个有利的酸碱平衡，有利于脱质子化pK中任何低于它的值一个表格
因为几乎所有东西的酸性都比去质子化的烷烃低，这意味着它们可以去质子化，嗯，几乎任何东西。［请注意7]
7.如何确定不在pK上的化合物的酸度一个图表
使用pK的关键之一一个表是开始的确定关键官能团(s)现在和熟悉它们的酸度。
下面的两个分子可能看起来有点可怕，因为它们太大太复杂了，但是它们酸度将主要由官能团，并非所有的烷基碳原子。
的pK一个胆酸和醋酸没有太大区别。的pK一个可卡因的共轭酸并没有什么不同铵。所以从关注开始酸性最强官能团。
影响酸度的主要趋势是什么?难道它们不重要吗?
是的，当然。但是当我们改变同时使用两个或多个变量(例如，当我们比较两个不同官能团的酸度时)在没有实验测量的情况下，很难判断哪个变量更重要。
这就是pK的原因一个测量非常有用。
如果我们检查相同官能团，然后应用趋势确定相对酸度是有帮助的。
在这种情况下，应用趋势，电负性更强的吸电子基团有助于稳定的负电荷在共轭碱。越弱共轭碱酸性越强。
8.不仅仅是酸碱反应
良好的pK工作知识一个不仅仅对酸碱反应有用。
它也可以用来预测某些反应是否有利，即使你不知道原理。
例如,置换反应包括碳原子化学键的形成和断裂。
这里有一个例子。
仅仅基于相对碱度，你会预测哪个方向的反应是有利的?现在不要担心其他任何事情。
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我们不认为这个反应是有利的，因为它会产生更强的碱。
但在反反应中，它确实形成了一个更弱的碱，效果非常好。
这是另一个a的例子取代反应，称为亲核酰基取代。现在不用担心名字和机制。
只是基于相对pK一个价值观，你会预测哪个方向的反应是有利的?
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在其他条件相同的情况下，我们可以预期反应将有利于较弱的基础。
9.总结
如果你有一个pK一个表格，你基本上有一个不同分子稳定性的排名。(底部越坚固，越不稳定)。
你可以开始预测哪个方向的反应是有利的(或不利的)。
当你听到老师说，“不要死记硬背，要学习概念!””,当你理解并应用它时，这是一个非常强大的概念。
笔记
注1。用水作为溶剂进行pK的限制一个测量的是水平效应。也就是说，不存在比HO(-)强的碱，也不存在比H强的酸3.O(+)。出于这个原因，pKa比H弱的酸的值2O常以DMSO溶液。
注2。的pK一个纯水是14。水相对于醇的相对酸度在其他溶剂中会发生变化。例如，在2-丙醇中，甲醇的酸性是水的3倍。参见参考文献1。
注3。pK怎么样一个值测量?看到参考6。
注意4。与酸碱平庸原则相关的是酸碱平庸原则压力平庸(高压流向低压，给一个中等压力)的原理浓度平庸(高浓度扩散到低浓度区域，形成中等浓度)。
注5。实践中这个经验法则的一个例子是克莱森缩合,在那里醇盐基地(pK一个(15-16)都能发生脱质子反应酯类(pK一个= 25)。
注6。60个数量级是a很多。它大概是最小可能长度(普朗克长度，大约10-35年M)和已知宇宙的大小(4.4 × 1026米)。
测试自己
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(高级)参考资料和进一步阅读
- 水的pKa是什么？来自Libretexts是一篇关于这个主题的非常容易理解的文章。
- pKa大学本科课程中的价值观:什么是真实的pKa的水吗?
托德·p·西尔弗斯坦和斯蒂芬·t·海勒
化学教育杂志201794 (6)， 690-695
DOI：10.1021 / acs.jchemed.6b00623 - 化学教科书中Brønsted-Lowry酸碱平衡的令人困惑的定量描述——对化学教育工作者的评论和澄清
梅斯特，e.c.，威勒克，M.，安格斯特，W.，托尼，A.和瓦尔德，P.。
Helvetica化学学报，201497:日至31日。
DOI:10.1002 / hlca.201300321
充分讨论了为什么要pK一个(以水为溶剂)的浓度应为14.0pKa的H3O(+)应为0。 - 醇的酸电离常数。2一些取代甲醇及相关化合物的酸度
p·巴林杰和f·a·朗
美国化学学会杂志196082 (4)， 795-798
DOI：10.1021 / ja01489a008
这是给出pK的论文一个其方法在上述文章中有所批评。自己读吧。 - 水、甲醇和其他弱酸的相对酸度异丙基酒精解决方案
杰克·海因和米尔德丽德·海因
美国化学学会杂志195274 (21)， 5266-5271
DOI：10.1021 / ja01141a009 - 平衡酸度二甲亚砜解决方案
弗雷德里克·g·博德维尔
化学研究纪要198821 (12)， 456-463
DOI：10.1021 / ar00156a004
一个很容易理解的关于测量的描述pKa值。
[2022年10月重大更新]
非常感谢!这是一个有用的技巧，我的有机I考试!
非常感谢
这篇文章提供了一个具体的方法来判断酸碱反应，我无助地挣扎
很好的网站
不断维护和改进它
谢谢你提供了关于Pka的信息，它在酸碱反应中非常有用。
你好，我可以用pka表来看看一个碱的pka值是多少，例如，要使酒精脱质子。原则上应该高于16。
我一直在使用这个网站相当多，即使我看书和上课，这个网站仍然有更多有用的提示和细节，书(Klein 2e)甚至没有提到，这似乎是必要的。
你做了一件令人难以置信的事情，创建这个网站，谢谢!
我很高兴你觉得它有用，哈利!
你好,
感谢分享pka的细节。我不明白为什么例子1中的反应是不可能的，因为CH3(弱酸)与HO-(弱碱)反应产生CH3(强碱)和H2O(强酸)。
感谢您的帮助。
问候,
是CH4，不是CH3。
你所提出的逆原理并不适用于HCN。
HCN是弱酸。However it’s conjugate is weak base too and there are many exceptions too.
对于任何弱酸，共轭碱都是弱的。这是一条规则。HCN也不例外。
你如何定义弱?水可以被称为弱酸，本质上任何pKa高于水的质子源都可以被称为弱酸。然而氢氧根离子是一种强碱，因为它在水中完全电离。
我想你的意思是"对于任何弱酸，共轭碱都是强酸"
这不是真的。例如，醋酸，一种弱酸，有一个弱共轭碱(醋酸)。
你好，你能告诉我乙炔二次解离的pka的接近值吗?
(HC2)-至(C2)-
第一个解离pka在互联网上是可用的，但第二个是不可用的?
非常感谢!你是最棒的!!我从高中开始就一直在与acid/base作斗争，现在我更好地理解了如何使用pka表来帮助我理解org的机制。谢谢你！：)
如果有帮助，我很高兴听你这么说。谢谢Malak !
水的pKa不是14(13.995)，而不是16(15.7)吗?你(和埃文斯)的pKa值都改变了吗?
这个网站是一个很好的资源。谢谢你！
两个问题:
二苯醚能作为碱吗?如果是这样，哪个碱更强，
二苯醚还是二苯胺?
二苯醚是一种极弱碱。二苯胺是一种比二苯醚强的碱，但令人惊讶的是，差不了多少。
评估碱度的一种方法是通过共轭酸的pKa(我称之为pKaH)。二苯醚共轭酸的pKa约为-3左右，而二苯胺共轭酸的pKa为0.78。在Evans pka表中搜索引用。
干得好。谢谢分享!
我对这些pKa很困惑，因为只要你不知道溶剂解离常数它们就没那么有用。
我的意思是，在水中，最强的酸是H3O+，更强的碱是OH-。
因此，在水中，所有这些38、48、-10都是15.7，所有的-8 ans都是-1.7。
那么策略是什么呢?
我对这些pKa很困惑，因为只要你不知道溶剂解离常数它们就没那么有用。
我的意思是，在水中，最强的酸是H3O+，更强的碱是OH-。
因此，在水中，所有这些38 48都是15.7，所有的-8 ans都是-1.7。
那么策略是什么呢?
大点。对于高于水的pKas, DMSO是常用的溶剂。此外，在天平的高端(例如烷烃)，许多这些值是“动力学”酸度，而不是真正的平衡。
DMSO和水的酸度值可能有很大差异。对于我们这里的目的，我通常不深入这些细节。
你说，“我们的基本产物Cl(-)在逆pKa标度上低于NH3。我们的产物是一种比NH3弱的碱。”一个re you saying that NH2- is what we are comparing Cl(-) to?
不，我是说我们在比较Cl-和NH3。在最右边的表中，在CH3COO-和HO-之间。
这句话的重点是试图说明反应遵循这样的规律，“更强的酸加上更强的碱，得到更弱的酸和更弱的碱”。
老兄我是渡渡鸟头哈!我看到的是NH3在酸的一侧，哈哈!谢谢!我希望我不是唯一一个犯这种错误的人。
比如A
弱酸+弱碱->强酸+强碱
你说这会导致无反应。
当每个反应都处于平衡状态时，情况是怎样的呢?我们是否应该假设，因为反应物在能量上受到青睐(意味着它们的能量更低，因此更稳定)，所以平衡向左被青睐，以至于正向反应基本上为零?我只是问这个问题，因为在“方便的花花公子规则页面”上，你有一个有效的A/B反应，它们有相同的WA+WB - >SA+SB模式。
怎么求OH-氢氧根的pKa来表示它的共轭碱是O-2，氧化物。
我对它没有很好的评价。如果你找到了，请告诉我。
你好!
我很久以前在法国的大学里学过化学!我痛苦地回忆起破译我以前的教授和助手的课程的困难。
然而，化学让我着迷!我发现了你的网站，你的演讲给我留下了深刻的印象，你的教学方法和你一步一步解释的方式，显然所有这些概念对年轻学生来说都很难吸收。
好极了，恭喜你....我永远不会厌倦关注你的帖子!继续……
谢谢你，米克尔-我很高兴你喜欢这个网站!
嗨，詹姆斯，和往常一样精彩的帖子。我想我发现了一个小错误。在第3节的末尾，你说“酸碱反应将有利于形成pKa值较低的酸”。我认为这应该读为“…pKa值更高的酸”，因为弱酸有更高的pKa值(和更低的Ka值)，对吗?干杯,杰米。
固定的。感谢您发现了错别字!