HENDERSON-HASSELBALCHOVA ENAČBA: RAZLAGA, PRIMERI, VAJA - KEMIJA - 2025

Henderson-Hasselbalchova Enačba je matematični izraz, ki omogoča izračun pH pufra ali pufra. Temelji na pKa kisline in razmerju med koncentracijami konjugata baze ali soli in kisline, prisotnimi v puferni raztopini.

Enačbo je sprva razvil Lawrence Joseph Henderson (1878-1942) leta 1907. Ta kemičar je sestavil svojo enačbo na osnovi ogljikove kisline kot pufer ali pufer.

Henderson-Hasselbalchova enačba. Vir: Gabriel Bolívar.

Kasneje je Karl Albert Hasselbalch (1874-1962) leta 1917 uvedel uporabo logaritmov za dopolnitev Hendersonove enačbe. Danski kemik je proučeval reakcije krvi s kisikom in vpliv na njen pH.

Puferna raztopina lahko zmanjša pH vrednosti, ki jih raztopina podvoji z dodajanjem volumna močne kisline ali močne baze. Sestavljen je iz šibke kisline in njene močne konjugacijske baze, ki se hitro disociira.

Pojasnilo

Matematični razvoj

Šibka kislina v vodni raztopini disocira po zakonu o masnem delovanju po naslednji shemi:

HA + H ₂ O ⇌ H ⁺ + A ^-

HA je šibka kislina in A ^- njena konjugirana baza.

Ta reakcija je reverzibilna in ima ravnotežno konstanto (Ka):

Ka = · /

Jemanje logaritmov:

log Ka = log + log - dnevnik

Če je vsak izraz enačbe pomnožen z (-1), je izražen v naslednji obliki:

- log Ka = - log - log + dnevnik

-Log Ka je opredeljen kot pKa in -log je definiran kot pH. Ko pravilno nadomestimo, se matematični izraz zmanjša na:

pKa = pH - log + dnevnik

Enačba je rešena za pH in prerazporeditev, in sicer takole:

pH = pKa + log /

To je Henderson-Hasselbalchova enačba za blažilni kislinski pufer.

Enačba za šibko osnovo

Podobno lahko šibka osnova tvori pufer in Henderson-Hasselbalchova enačba zanj je naslednja:

pOH = pKb + dnevnik /

Vendar večina pufrov, tudi tistih fiziološkega pomena, izvira iz disociacije šibke kisline. Zato je za enačbo Henderson-Hasselbalch najbolj uporabljen izraz:

pH = pKa + log /

Kako deluje medpomnilnik?

Delovanje dušenja

Enačba Henderson-Hasselbalch kaže, da ta raztopina vsebuje šibko kislino in močno konjugirano bazo, izraženo kot sol. Ta sestava omogoča, da pufer ostane pri stabilnem pH, tudi če dodamo močne kisline ali baze.

Ko v pufer dodamo močno kislino, ta reagira s konjugirano bazo in tvori sol in vodo. To nevtralizira kislino in omogoča spreminjanje pH minimalno.

Zdaj, če dodamo močno bazo v pufer, ta reagira s šibko kislino in tvori vodo in sol, pri čemer nevtralizira delovanje dodane baze na pH. Zato je sprememba pH minimalna.

PH puferske raztopine je odvisen od razmerja koncentracij baze konjugata in šibke kisline in ne od absolutne vrednosti koncentracij teh komponent. Pufersko raztopino lahko razredčimo z vodo in pH bo skoraj nespremenjen.

Zmogljivost pufra

Zmožnost puferja je odvisna tudi od pKa šibke kisline, pa tudi od koncentracij šibke kisline in konjugacijske baze. Čim bližje je pKa kisline pH pufra, večja je njegova puferska sposobnost.

Večja kot je koncentracija komponent puferske raztopine, večja je njena puferska sposobnost.

Primeri Hendersonovih enačb

Acetat amortizer

pH = pKa + log /

pKa = 4,75

Absorber ogljikove kisline

pH = pKa + log /

pKa = 6,11

Vendar je celoten postopek, ki vodi v tvorbo bikarbonatnega iona v živem organizmu, naslednji:

CO ₂ + H ₂ O ⇌ HCO ₃ ^- + H ⁺

Ker CO ₂ plin, je njena koncentracija v raztopini, izražena kot funkcija delnega tlaka.

pH = pka + log / αpCO ₂

α = 0,03 (mmol / L) / mmHg

pCO ₂ je delni tlak CO ₂

In potem bi bila enačba videti:

pH = pKa + log / 0,03pCO ₂

Laktatni pufer

pH = pKa + log /

pKa = 3,86

Fosfatni pufer

pH = pKa + log /

pH = pKa + log /

pKa = 6,8

Oksihemoglobin

pH = pKa + log /

pKa = 6,62

Deoksihemoglobin

pH = pKa + log / HbH

pKa = 8,18

Rešene vaje

Vaja 1

Fosfatni pufer je pomemben pri uravnavanju telesnega pH, saj je njegov pKa (6,8) blizu pH, ki obstaja v telesu (7,4). Kolikšna bo vrednost razmerja / enačbe Henderson-Hasselbalch za pH vrednost = 7,35 in pKa = 6,8?

Reakcija disociacije NaH ₂ PO ₄ ^- je:

NaH ₂ PO ₄ ^- (kislina) ⇌ NaHPO ₄ ^2- (baza) + H ⁺

pH = pKa + log /

Rešitev razmerja za fosfatni pufer imamo:

7,35 - 6,8 = dnevnik /

0,535 = log /

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

3,43 = /

Vaja 2

V acetatnem pufru je koncentracija ocetne kisline 0,0135 M in koncentracija natrijevega acetata 0,0260 M. Izračunajte pH pufra, pri čemer veste, da je pKa za acetatni pufer 4,75.

Ravnotežje disociacije za ocetno kislino je:

CH ₃ COOH ⇌ CH ₃ COO ^- + H ⁺

pH = pKa + log /

Nadomestitev vrednosti, ki jih imamo:

/ = 0,0260 M / 0,0135 M

/ = 1,884

log 1.884 = 0.275

pH = 4,75 + 0,275

pH = 5.025

Vaja 3

Acetatni pufer vsebuje 0,1 M ocetne kisline in 0,1 M natrijevega acetata. Izračunajte pH pufra, ko dodate 5 ml 0,05 M klorovodikove kisline v 10 ml prejšnje raztopine.

Prvi korak je izračun končne koncentracije HCl, ko je mešan s pufrom:

ViCi = VfCf

Cf = Vi · (Ci / Vf)

= 5 ml · (0,05 M / 15 ml)

= 0,017 M

Klorovodikova kislina reagira z natrijevim acetatom in tvori ocetno kislino. Zato se koncentracija natrijevega acetata zmanjša za 0,017 M, koncentracija ocetne kisline pa se poveča za isto količino:

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

Reference

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija (8. izd.). CENGAGE Učenje.
2. Jimenez Vargas in J. Mª Macarulla. (1984). Fiziološka fizikokemija. 6. izdaja Uredništvo Interamericana.
3. Wikipedija. (2020). Henderson-Hasselbalchova enačba. Pridobljeno: en.wikipedia.org
4. Gurinder Khaira in Alexander Kot. (5. junij 2019). Približevanje Hendersona-Hasselbalcha. Kemija LibreTexts. Pridobljeno: chem.libretexts.org
5. Helmenstine, Anne Marie, dr. (29. januar 2020). Opredelitev enačbe Hendersona Hasselbalcha. Pridobljeno: misel.com
6. Uredniki Encyclopeedia Britannica. (6. februar 2020). Lawrence Joseph Henderson. Encyclopædia Britannica. Pridobljeno: britannica.com