Henderson-Haselbalch ligning Forklaring, eksempler, trening

De Henderson-Haselbalch ligning Det er et matematisk uttrykk som tillater beregning av pH i en støtdemper eller dempeløsning. Det er basert på PKA av syre og forholdet mellom konjugat- eller salt- og syrekonsentrasjoner, til stede i dempeløsningen.

Ligningen ble opprinnelig utviklet av Lawrence Joseph Henderson (1878-1942) i 1907. Denne kjemikeren etablerte komponentene i ligningen basert på kullsyre som en buffer eller bufferløsning.

Henderson-Haselbalch ligning. Kilde: Gabriel Bolívar.

Deretter introduserer Karl Albert Hasselbalch (1874-1962) i 1917 bruken av logaritmer for å utfylle Henderson-ligningen. Den danske kjemikeren studerte blodreaksjoner med oksygen og effekten på pH.

En bufferløsning er i stand til å minimere pH -endringer som lider en løsning ved å tilsette et sterkt syre- eller basevolum. Den dannes av en svak syre og dens sterke konjugerte base som raskt dissosieres.

[TOC]

Forklaring

Matematisk utvikling

En svak syre i en vandig løsning dissosierer i henhold til masseaksjonsloven, i henhold til følgende skjema:

Ha +h₂Eller ⇌ h⁺    +     TIL^-

Ha er svak syre og^- Din konjugerte base.

Denne reaksjonen er reversibel og har en likevektskonstant (Ka):

Ka = [h⁺] ·[TIL^-] / [Ha]

Tar logaritmer:

Logg Ka = Logg [H⁺] +Log [a^-] -log [ha]

Hvis hver begrep i ligningen multipliseres med (-1), uttrykkes den på følgende måte:

- Logg Ka = - Logg [H⁺] -log [a] +log [ha]

Loggen Ka er definert som PKA og Log [h⁺] er definert som pH. Etter å ha gjort behørig substitusjon reduseres matematisk uttrykk til:

pka = ph -log [a^-] +Log [ha]

Rydding av pH og omgruppering av begrepene er ligningen uttrykt på følgende måte:

Kan tjene deg: trippel kovalent lenke

pH = PKA +log [a^-] / [Ha]

Dette er Henderson-Haselbalch-ligningen for en støtdemper dannet av en svak syre.

Ligning for en svak base

Tilsvarende kan en svak base danne en bufferløsning og Henderson-Haselbalch-ligningen for den er som følger:

Poh = pkb +log [hb] / [b^-]

Imidlertid er de fleste av dempeløsningene oppstått, inkludert de av fysiologisk betydning, fra dissosiasjon av en svak syre. Derfor er det mest brukte uttrykket for Henderson-Haselbalch-ligningen:

pH = PKA +log [a^-] / [Ha]

Hvordan fungerer en bufferløsning?

Støtdemper

Henderson-Haselbalch-ligningen indikerer at denne løsningen er dannet av en svak syre og en sterk konjugert base uttrykt som salt. Denne sammensetningen lar dempeløsningen forbli med en stabil pH, selv om sterke syrer eller baser tilsettes.

Ved å tilsette en sterk syre til støtdemperen, reagerer den med den konjugerte basen for å danne et salt og vann. Dette nøytraliserer syren og gjør at variasjonen av pH kan være minimal.

Nå, hvis en sterk base tilsettes støtdemperen, reagerer den med svak syre- og vannform og salt, og nøytraliserer virkningen av den tilsatte basen på pH. Derfor er pH -variasjon minimal.

PH i en bufferoppløsning avhenger av forholdet mellom konjugatbase -konsentrasjoner og svak syre, og ikke av den absolutte verdien av konsentrasjonene av disse komponentene. En dempeløsning med vann kan fortynnes, og pH vil praktisk talt ikke variere.

Støtdemperkapasitet

Dempekapasiteten avhenger også av PKA av svak syre, så vel som konsentrasjonene av svak syre og konjugatbase. Jo nærmere syren PKA er pH i dempeløsningen, desto større er dens dempekapasitet.

Kan tjene deg: Le Châtelier -prinsippet

Jo større konsentrasjon av komponentene i bufferløsningen, jo større vil dens dempekapasitet være.

Henderson ligninger eksempler

Acetatbuffer

pH = PKA +log [Cho₃COO^-] / [Cho₃COOH]

PKA = 4,75

Kullsyre amortid

PH = PKA +log [HCO₃^-] / [H₂Co₃]

PKA = 6.11

Imidlertid er den globale prosessen som fører til dannelse av bikarbonation i en levende organisme som følger:

Co₂   +    H₂Eller ⇌ HCO₃^-   +    H⁺

Å være co₂ En gass, dens konsentrasjon i oppløsning uttrykkes i henhold til dets delvise trykk.

PH = PKA +log [HCO₃^-] / α · PCO₂

α = 0,03 (mmol/l)/mmhg

PCO₂ er det delvise presset til CO₂

Og da ville ligningen være som:

PH = PKA +log [HCO₃^-] / 0,03 · PCO₂

Laktat støtdemper

pH = PKA +log [Laktation] / [melkesyre]

PKA = 3,86

Fosfatstøtdemper

pH = PKA +log [Dibasisk fosfat] / [monobasisk fosfat]]

PH = PKA +log [HPO₄^2-] / [H₂Po₄^-]

PKA = 6,8

Oxihemoglobin

PH = PKA +log [HBO₂^-] / [HHBO₂]

PKA = 6,62

Desoxyhemoglobin

PH = PKA +log [HB^-] / HBH

PKA = 8,18

Løste øvelser

Oppgave 1

Fosfatet støtdemper er viktig i reguleringen av kroppens pH, siden PKA (6.8) er nær pH ​​i kroppen (7,4). Hva vil være verdien av forholdet [na₂Hpo₄^2-] / [Nah₂Po₄^-] av Henderson-Haselbalch-ligningen for en verdi av pH = 7,35 og en PKA = 6,8?

Nahs dissosiasjonsreaksjon₂Po₄^- er:

Nah₂Po₄^-  (syre) ⇌ nahpo₄^2- (Base) +h⁺

pH = PKA +log [Na₂Hpo₄^2-] / [Nah₂Po₄^-]

Rydding av [konjugert / syre] -forholdet for fosfatdempingsløsningen har vi:

7.35 - 6.8 = log [NA₂Hpo₄^2-] / [Nah₂Po₄^-]

0.535 = log [Na₂Hpo₄^2-] / [Nah₂Po₄^-]

10^0.535 = 10^{Log [Na2HPO4] / [NAH2PO4]}

Det kan tjene deg: difenylamin

3.43 = [na₂Hpo₄^2-] / [Nah₂Po₄^-]

Oppgave 2

En acetatbufferoppløsning har en 0,0135 M eddiksyrekonsentrasjon og en 0,0260 m natriumacetatkonsentrasjon. Beregn pH i støtdemperløsningen, vel vitende om at PKA for acetatet støtdemper er 4,75.

Dissosiasjonsbalansen for eddiksyre er:

Ch₃COOH ⇌ CH₃COO^-   +    H⁺

pH = PKA +log [Cho₃COO^-] / [Cho₃COOH]

Erstatte verdiene vi har:

[Ch₃COO^-] / [Cho₃COOH] = 0,0260 m / 0,0135 m

[Ch₃COO^-] / [Cho₃COOH] = 1.884

Logg 1.884 = 0.275

PH = 4,75 +0.275

PH = 5.025

Øvelse 3

En acetat støtdemper inneholder 0,1 m eddiksyre og 0,1 m natriumacetat. Beregn pH i dempeløsningen etter tilsetning av 5 ml 0,05 m ved 10 ml saltsyre.

Det første trinnet er å beregne den endelige konsentrasjonen av HCl når du blandes med bufferløsningen:

VI · CI = VF · CF

CF = vi · (CI / VF)

= 5 ml · (0,05 m / 15 ml)

= 0,017 m

Saltsyre reagerer med natriumacetat for å danne eddiksyre. Derfor synker natriumacetatkonsentrasjonen med 0,017 M og eddiksyrekonsentrasjonen øker med samme mengde:

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

Referanser

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kjemi. (8. utg.). Cengage Learning.
2. Jimenez Vargas og J. Mª Macarulla. (1984). Fysiologisk fysisk -kjemisk. 6. utgave. Inter -amerikansk redaksjon.
3. Wikipedia. (2020). Henderson-Hasselbalch ligning. Hentet fra: i.Wikipedia.org
4. Gurinder Khaira & Alexander Kot. (5. juni 2019). Henderson-Hasselbalch tilnærming. Kjemi librettexts. Gjenopprettet fra: Chem.Librettexts.org
5. Helmestine, Anne Marie, PH.D. (29. januar 2020). Henderson Hasselbalch ligningsdefinisjon. Gjenopprettet fra: Thoughtco.com
6. Redaktørene av Enyclopaedia Britannica. (6. februar 2020). Lawrence Joseph Henderson. Encyclopædia Britannica. Gjenopprettet fra: Britannica.com