HENDERSON-HASSELBALCH LIGNING: FORKLARING, EKSEMPLER, ØVELSE - KEMI - 2025

Den Henderson-Hasselbalch ligningen er et matematisk udtryk, giver mulighed for beregning af pH i en buffer eller bufferopløsning. Det er baseret på syren pKa og forholdet mellem koncentrationerne af konjugatbasen eller saltet og syren, der er til stede i pufferopløsningen.

Ligningen blev oprindeligt udviklet af Lawrence Joseph Henderson (1878-1942) i 1907. Denne kemiker etablerede komponenterne i hans ligning baseret på kolsyre som en buffer eller buffer.

Henderson-Hasselbalch ligning. Kilde: Gabriel Bolívar.

Senere introducerede Karl Albert Hasselbalch (1874-1962) i 1917 brugen af ​​logaritmer som supplement til Hendersons ligning. Den danske kemiker studerede reaktioner af blod med ilt og virkningen på dets pH.

En bufferopløsning er i stand til at minimere de pH-ændringer, som en opløsning gennemgår ved at tilsætte et volumen stærk syre eller stærk base. Den består af en svag syre og dens stærke konjugatbase, der hurtigt dissocieres.

Forklaring

Matematisk udvikling

En svag syre i en vandig opløsning dissocieres i henhold til Mass Action Act i henhold til følgende skema:

HA + H ₂ O ⇌ H ⁺ + A ^-

HA er den svage syre og A ^- dens konjugerede base.

Denne reaktion er reversibel og har en ligevægtskonstant (Ka):

Ka = · /

Under logaritmer:

log Ka = log + log - log

Hvis hver term i ligningen ganges med (-1), udtrykkes den i følgende form:

- log Ka = - log - log + log

-Log Ka er defineret som pKa, og -log defineres som pH. Efter den rette substitution reduceres det matematiske udtryk til:

pKa = pH - log + log

Opløsning til pH og omgruppering af udtryk udtrykkes ligningen som følger:

pH = pKa + log /

Dette er Henderson-Hasselbalch-ligningen for en svag syrebuffer.

Ligning for en svag base

Tilsvarende kan en svag base danne en buffer, og Henderson-Hasselbalch-ligningen for den er som følger:

pOH = pKb + log /

Imidlertid stammer de fleste buffere, også dem af fysiologisk betydning, fra dissociationen af ​​en svag syre. Derfor er det mest anvendte udtryk for Henderson-Hasselbalch-ligningen:

pH = pKa + log /

Hvordan fungerer en buffer?

Dæmpende handling

Henderson-Hasselbalch-ligningen indikerer, at denne opløsning består af en svag syre og en stærk konjugatbase udtrykt som et salt. Denne sammensætning tillader, at pufferen forbliver ved en stabil pH, selv når der tilsættes stærke syrer eller baser.

Når en stærk syre tilsættes til pufferen, reagerer den med konjugatbasen for at danne et salt og vand. Dette neutraliserer syren og tillader pH-variationen at være minimal.

Hvis der nu sættes en stærk base til bufferen, reagerer den med den svage syre og danner vand og et salt, hvorved den tilsatte bases virkning neutraliseres. Derfor er pH-variationen minimal.

PH-værdien af ​​en pufferopløsning afhænger af forholdet mellem koncentrationerne af konjugatbasen og den svage syre og ikke af den absolutte værdi af koncentrationerne af disse komponenter. En pufferopløsning kan fortyndes med vand, og pH-værdien vil være praktisk talt uændret.

Bufferkapacitet

Bufferkapaciteten afhænger også af pKa for den svage syre såvel som koncentrationerne af den svage syre og konjugatbasen. Jo tættere pKa for syren bufferen er, jo større er dens bufferkapacitet.

Jo større koncentration af komponenterne i pufferopløsningen er, jo større er dens bufferkapacitet.

Eksempler på Henderson-ligninger

Acetatstøddæmper

pH = pKa + log /

pKa = 4,75

Kulsyreoptager

pH = pKa + log /

pKa = 6.11

Imidlertid er den overordnede proces, der fører til dannelse af bicarbonation i en levende organisme, som følger:

CO ₂ + H ₂ O ⇌ HCO ₃ ^- + H ⁺

Da CO _{2 er} en gas, udtrykkes dens koncentration i opløsning som en funktion af dets deltryk.

pH = pKa + log / αpCO ₂

a = 0,03 (mmol / L) / mmHg

pCO ₂ er partialtrykket af CO ₂

Og så ville ligningen se ud:

pH = pKa + log / 0.03pCO ₂

Laktatbuffer

pH = pKa + log /

pKa = 3,86

Fosfatbuffer

pH = pKa + log /

pH = pKa + log /

pKa = 6,8

oxyhæmoglobin

pH = pKa + log /

pKa = 6,62

deoxyhæmoglobin

pH = pKa + log / HbH

pKa = 8,18

Løst øvelser

Øvelse 1

Fosfatbufferen er vigtig ved regulering af krops-pH, da dens pKa (6,8) er tæt på den pH, der findes i kroppen (7.4). Hvad er værdien af ​​forholdet / af Henderson-Hasselbalch-ligningen for en pH-værdi = 7,35 og en pKa = 6,8?

Dissociationsreaktionen NaH ₂ PO ₄ ^- er:

NaH ₂ PO ₄ ^- (syre) ⇌ NaHPO ₄ ^2- (base) + H ⁺

pH = pKa + log /

Løsning for forholdet for fosfatbufferen, vi har:

7,35 - 6,8 = log /

0,535 = log /

10 ^0,535 = 10 ^{log /}

3,43 = /

Øvelse 2

En acetatbuffer har en eddikesyrekoncentration på 0,0135 M og en natriumacetatkoncentration på 0,0260 M. Beregn pH-værdien af ​​bufferen, vel vidende, at pKa for acetatbufferen er 4,75.

Dissocieringsbalancen for eddikesyre er:

CH ₃ COOH ⇌ CH ₃ COO ^- + H ⁺

pH = pKa + log /

Udskiftning af de værdier, vi har:

/ = 0,0260 M / 0,0135 M

/ = 1.884

log 1,884 = 0,275

pH = 4,75 + 0,275

pH = 5,025

Øvelse 3

En acetatbuffer indeholder 0,1 M eddikesyre og 0,1 M natriumacetat. Beregn bufferets pH-værdi efter tilsætning af 5 ml 0,05 M saltsyre til 10 ml af den foregående opløsning.

Det første trin er at beregne slutkoncentrationen af ​​HCI, når den blandes med pufferen:

ViCi = VfCf

Cf = Vi · (Ci / Vf)

= 5 ml · (0,05 M / 15 ml)

= 0,017 M

Saltsyre reagerer med natriumacetat til dannelse af eddikesyre. Derfor falder natriumacetatkoncentrationen med 0,017 M, og eddikesyrekoncentrationen stiger med den samme mængde:

pH = pKa + log (0,1 M - 0,017 M) / (0,1 M + 0,017 M)

pH = pKa + log 0,083 / 0,017

= 4,75 - 0,149

= 4.601

Referencer

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi (8. udgave). CENGAGE Læring.
2. Jimenez Vargas og J. Mª Macarulla. (1984). Fysiologisk fysisk kemi. 6. udgave. Redaktionel Interamericana.
3. Wikipedia. (2020). Henderson-Hasselbalch ligning. Gendannet fra: en.wikipedia.org
4. Gurinder Khaira & Alexander Kot. (05. juni 2019). Henderson-Hasselbalch tilnærmelse. Kemi LibreTexts. Gendannes fra: chem.libretexts.org
5. Helmenstine, Anne Marie, ph.d. (29. januar 2020). Henderson Hasselbalch ligning definition. Gendannes fra: thoughtco.com
6. Redaktørerne af Encyclopaedia Britannica. (6. februar 2020). Lawrence Joseph Henderson. Encyclopædia Britannica. Gendannes fra: britannica.com