Plik Równanie Hendersona-Hasselbalcha to wyrażenie matematyczne, które umożliwia obliczenie pH buforu lub roztworu buforowego. Opiera się na pKa kwasu i zależności między stężeniem sprzężonej zasady lub soli a kwasem obecnym w roztworze buforowym..
Równanie zostało pierwotnie opracowane przez Lawrence'a Josepha Hendersona (1878-1942) w 1907 roku. Ten chemik ustalił składowe swojego równania w oparciu o kwas węglowy jako bufor lub bufor..
Później Karl Albert Hasselbalch (1874-1962) wprowadził w 1917 r. Użycie logarytmów do uzupełnienia równania Hendersona. Duński chemik badał reakcje krwi z tlenem i wpływ na jego pH.
Roztwór buforowy jest w stanie zminimalizować zmiany pH, którym podlega roztwór, poprzez dodanie pewnej ilości mocnego kwasu lub zasady. Składa się ze słabego kwasu i jego silnej sprzężonej zasady, która szybko dysocjuje.
Indeks artykułów
Słaby kwas w roztworze wodnym dysocjuje zgodnie z prawem akcji masowej, zgodnie z następującym schematem:
HA + HdwaO ⇌ H+ + DO-
HA to słaby kwas, a A- jego sprzężona podstawa.
Ta reakcja jest odwracalna i ma stałą równowagi (Ka):
Ka = [H.+] ·[DO-] / [HA]
Biorąc logarytmy:
log Ka = log [H+] + Log [A-] - log [HA]
Jeśli każdy składnik równania zostanie pomnożony przez (-1), zostanie wyrażony w następujący sposób:
- log Ka = - log [H+] - log [A] + log [HA]
- log Ka definiuje się jako pKa, a - log [H+] definiuje się jako pH. Po dokonaniu odpowiedniego podstawienia wyrażenie matematyczne redukuje się do:
pKa = pH - log [A-] + Dziennik [HA]
Rozwiązując pH i przegrupowując warunki, równanie wyraża się następująco:
pH = pKa + log [A-] / [HA]
To jest równanie Hendersona-Hasselbalcha dla buforu słabo kwasowego.
Podobnie, słaba zasada może tworzyć bufor, a równanie Hendersona-Hasselbalcha dla niej wygląda następująco:
pOH = pKb + log [HB] / [B-]
Jednak większość roztworów buforowych, nawet tych o znaczeniu fizjologicznym, pochodzi z dysocjacji słabego kwasu. Dlatego najczęściej używanym wyrażeniem równania Hendersona-Hasselbalcha jest:
pH = pKa + log [A-] / [HA]
Równanie Hendersona-Hasselbalcha wskazuje, że roztwór ten składa się ze słabego kwasu i silnej sprzężonej zasady wyrażonej jako sól. Taka kompozycja pozwala na utrzymanie stabilnego pH roztworu buforowego nawet po dodaniu mocnych kwasów lub zasad..
Po dodaniu mocnego kwasu do buforu reaguje on ze sprzężoną zasadą, tworząc sól i wodę. To neutralizuje kwas i pozwala na minimalne wahania pH..
Teraz, jeśli do buforu zostanie dodana mocna zasada, reaguje ona ze słabym kwasem i tworzy wodę oraz sól, neutralizując wpływ dodanej zasady na pH. Dlatego wahania pH są minimalne.
Wartość pH roztworu buforowego zależy od stosunku stężeń zasady koniugatu do słabego kwasu, a nie od wartości bezwzględnej stężeń tych składników. Roztwór buforowy można rozcieńczyć wodą, a pH pozostanie praktycznie niezmienione.
Zdolność buforowania zależy również od pKa słabego kwasu, a także od stężenia słabego kwasu i sprzężonej zasady. Im pH buforu jest bliższe pKa kwasu, tym większa jest jego zdolność buforowania..
Podobnie, im wyższe stężenie składników roztworu buforowego, tym większa jego zdolność buforowania..
pH = pKa + log [CH3GRUCHAĆ-] / [CH3COOH]
pKa = 4,75
pH = pKa + log [HCO3-] / [HdwaWSPÓŁ3]
pKa = 6,11
Jednak ogólny proces, który prowadzi do powstania jonu wodorowęglanowego w żywym organizmie, wygląda następująco:
WSPÓŁdwa + H.dwaO ⇌ HCO3- + H.+
Bycie COdwa gazu, jego stężenie w roztworze jest wyrażane jako funkcja jego ciśnienia parcjalnego.
pH = pka + log [HCO3-] / α pCOdwa
α = 0,03 (mmol / l) / mmHg
pCOdwa to ciśnienie parcjalne COdwa
A wtedy równanie wyglądałoby tak:
pH = pKa + log [HCO3-] / 0,03 pCOdwa
pH = pKa + log [jon mleczanowy] / [kwas mlekowy]
pKa = 3,86
pH = pKa + log [fosforan dwuzasadowy] / [fosforan jednozasadowy]
pH = pKa + log [HPO4dwa-] / [HdwaPO4-]
pKa = 6,8
pH = pKa + log [HbOdwa-] / [HHbOdwa]
pKa = 6,62
pH = pKa + log [Hb-] / HbH
pKa = 8,18
Bufor fosforanowy jest ważny w regulacji pH organizmu, ponieważ jego pKa (6,8) jest zbliżone do pH występującego w organizmie (7,4). Jaka będzie wartość relacji [NadwaHPO4dwa-] / [NaHdwaPO4-] równania Hendersona-Hasselbalcha dla wartości pH = 7,35 i pKa = 6,8?
Reakcja dysocjacji NaHdwaPO4- to jest:
NaHdwaPO4- (kwas) ⇌ NaHPO4dwa- (podstawa) + H.+
pH = pKa + log [NadwaHPO4dwa-] / [NaHdwaPO4-]
Rozwiązując stosunek [sprzężona zasada / kwas] dla buforu fosforanowego otrzymujemy:
7,35 - 6,8 = log [NadwaHPO4dwa-] / [NaHdwaPO4-]
0,535 = log [NadwaHPO4dwa-] / [NaHdwaPO4-]
100,535 = 10log [Na2HPO4] / [NaH2PO4]
3,43 = [NadwaHPO4dwa-] / [NaHdwaPO4-]
Bufor octanowy ma stężenie kwasu octowego 0,0135 M i stężenie octanu sodu 0,0260 M. Obliczyć pH buforu, wiedząc, że pKa dla buforu octanowego wynosi 4,75.
Równowaga dysocjacji dla kwasu octowego wynosi:
CH3COOH ⇌ CH3GRUCHAĆ- + H.+
pH = pKa + log [CH3GRUCHAĆ-] / [CH3COOH]
Podstawiając wartości, które mamy:
[CH3GRUCHAĆ-] / [CH3COOH] = 0,0260 M / 0,0135 M
[CH3GRUCHAĆ-] / [CH3COOH] = 1,884
log 1,884 = 0,275
pH = 4,75 + 0,275
pH = 5,025
Bufor octanowy zawiera 0,1 M kwas octowy i 0,1 M octan sodu. Oblicz pH buforu po dodaniu 5 ml 0,05 M kwasu solnego do 10 ml powyższego roztworu.
Pierwszym krokiem jest obliczenie końcowego stężenia HCl po zmieszaniu z roztworem buforowym:
ViCi = VfCf
Cf = Vi · (Ci / Vf)
= 5 ml · (0,05 M / 15 ml)
= 0,017 M
Kwas solny reaguje z octanem sodu tworząc kwas octowy. Dlatego stężenie octanu sodu spada o 0,017 M, a stężenie kwasu octowego wzrasta o tę samą wartość:
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
Jeszcze bez komentarzy