HENDERSON-HASSELBALCH EQUATION: PALIWANAG, HALIMBAWA, EHERSISYO - CHEMISTRY - 2025

Ang Henderson-Hasselbalch equation ay isang expression ng matematika na nagbibigay-daan sa pagkalkula ng pH ng isang buffer o buffer solution. Ito ay batay sa pKa ng acid at ang ratio sa pagitan ng mga konsentrasyon ng base ng conjugate o asin at ang acid, na naroroon sa solusyon ng buffer.

Ang equation ay una na binuo ni Lawrence Joseph Henderson (1878-1942) noong 1907. Itinatag ng chemist na ito ang mga sangkap ng kanyang equation batay sa carbonic acid bilang isang buffer o buffer.

Henderson-Hasselbalch equation. Pinagmulan: Gabriel Bolívar.

Nang maglaon, ipinakilala ni Karl Albert Hasselbalch (1874-1962) noong 1917 ang paggamit ng mga logarithms upang umakma sa equation ni Henderson. Pinag-aralan ng chemist ng Denmark ang mga reaksyon ng dugo na may oxygen at ang epekto sa pH nito.

Ang isang buffer solution ay magagawang i-minimize ang mga pagbabago sa pH na sumailalim sa isang solusyon sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang dami ng malakas na acid o malakas na base. Binubuo ito ng isang mahina na acid at ang malakas na base ng conjugate, na mabilis na nag-iisa.

Pagpapaliwanag

Pag-unlad ng matematika

Ang isang mahina na acid sa isang may tubig na solusyon ay nag-iiba ayon sa Batas ng Mass Action, ayon sa sumusunod na pamamaraan:

HA + H ₂ O ⇌ H ⁺ + A ^-

Ang HA ay ang mahina acid at A ^- ang conjugate base nito.

Ang reaksyon na ito ay maaaring baligtarin at may pare-pareho ang balanse (Ka):

Ka = · /

Ang pagkuha ng mga logarithms:

log Ka = log + log - log

Kung ang bawat term ng equation ay pinarami ng (-1), ipinahayag ito sa mga sumusunod na form:

- log Ka = - log - log + log

Ang -log Ka ay tinukoy bilang pKa at ang -log ay tinukoy bilang pH. Matapos gawin ang wastong pagpapalit, binabawasan ng expression ng matematika sa:

pKa = pH - log + log

Ang paglutas para sa mga termino ng pH at muling pag-aayos, ang equation ay ipinahayag tulad ng sumusunod:

pH = pKa + mag-log /

Ito ang equation ng Henderson-Hasselbalch para sa isang mahina na buffer ng acid.

Equation para sa isang mahina na base

Katulad nito, ang isang mahina na base ay maaaring makabuo ng isang buffer, at ang equation ng Henderson-Hasselbalch para dito ay ang mga sumusunod:

pOH = pKb + log /

Gayunpaman, ang karamihan sa mga buffer ay nagmula, kahit na ang kahalagahan ng pisyolohikal, mula sa pagsasama ng isang mahina na acid. Samakatuwid, ang pinaka ginagamit na expression para sa equation ng Henderson-Hasselbalch ay:

pH = pKa + mag-log /

Paano gumagana ang isang buffer?

Pagkilos ng pangsingil

Ang Henderson-Hasselbalch equation ay nagpapahiwatig na ang solusyon na ito ay binubuo ng isang mahina na acid at isang malakas na base ng conjugate na ipinahayag bilang isang asin. Pinapayagan ng komposisyon na ito ang buffer na manatili sa isang matatag na pH kahit na idinagdag ang mga malakas na acid o base.

Kapag ang isang malakas na acid ay idinagdag sa buffer, gumanti ito sa base ng conjugate upang makabuo ng isang asin at tubig. Ito neutralize ang acid at pinapayagan ang pagkakaiba-iba ng pH.

Ngayon, kung ang isang malakas na base ay idinagdag sa buffer, ito ay reaksyon sa mahina acid at bumubuo ng tubig at isang asin, neutralisahin ang pagkilos ng idinagdag na base sa pH. Samakatuwid, ang pagkakaiba-iba ng pH ay minimal.

Ang pH ng isang solusyon sa buffer ay nakasalalay sa ratio ng mga konsentrasyon ng base ng conjugate at mahina ang acid, at hindi sa ganap na halaga ng mga konsentrasyon ng mga sangkap na ito. Ang isang solusyon sa buffer ay maaaring matunaw ng tubig at ang pH ay halos hindi mababago.

Kapasidad ng buffer

Ang kapasidad ng buffering ay nakasalalay din sa pKa ng mahina acid, pati na rin ang mga konsentrasyon ng mahina acid at ang base ng conjugate. Ang mas malapit sa pKa ng acid ang pH ng buffer, mas malaki ang kapasidad nito.

Gayundin, mas mataas ang konsentrasyon ng mga sangkap ng solusyon sa buffer, mas malaki ang kapasidad ng buffer nito.

Mga halimbawa ng mga equation ni Henderson

Acetate shock absorber

pH = pKa + mag-log /

pKa = 4.75

Carbonic acid absorber

pH = pKa + mag-log /

pKa = 6.11

Gayunpaman, ang pangkalahatang proseso na humahantong sa pagbuo ng bicarbonate ion sa isang buhay na organismo ay ang mga sumusunod:

CO ₂ + H ₂ O ⇌ HCO ₃ ^- + H ⁺

Dahil ang CO _{2 ay} isang gas, ang konsentrasyon nito sa solusyon ay ipinahayag bilang isang function ng bahagyang presyon nito.

pH = pka + log / αpCO ₂

α = 0.03 (mmol / L) / mmHg

ang pCO ₂ ay ang bahagyang presyon ng CO ₂

At pagkatapos ay ang equation ay magmukhang:

pH = pKa + log / 0.03pCO ₂

Lactate buffer

pH = pKa + mag-log /

pKa = 3.86

Phosphate buffer

pH = pKa + mag-log /

pH = pKa + mag-log /

pKa = 6.8

Oxyhemoglobin

pH = pKa + mag-log /

pKa = 6.62

Deoxyhemoglobin

pH = pKa + log / HbH

pKa = 8.18

Malutas na ehersisyo

Ehersisyo 1

Ang posporo buffer ay mahalaga sa pag-regulate ng pH ng katawan, dahil ang pKa (6.8) ay malapit sa pH na mayroon sa katawan (7.4). Ano ang magiging halaga ng ugnayan / ng equation ng Henderson-Hasselbalch para sa isang halaga ng pH = 7.35 at isang pKa = 6.8?

Ang reaksyon ng dissociation ng NaH ₂ PO ₄ ^- ay:

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

pH = pKa + mag-log /

Paglutas para sa relasyon para sa pospeyt buffer, mayroon kaming:

7.35 - 6.8 = log /

0.535 = log /

10 ^0.535 = 10 ^{log /}

3.43 = /

Mag-ehersisyo 2

Ang isang acetate buffer ay may konsentrasyon ng acetic acid na 0.0135 M at isang konsentrasyon ng sodium acetate ng 0.0260 M. Kalkulahin ang pH ng buffer, alam na ang pKa para sa buffet ng acetate ay 4.75.

Ang balanse na balanse para sa acetic acid ay:

CH ₃ COOH ⇌ CH ₃ COO ^- + H ⁺

pH = pKa + mag-log /

Pagsusulat ng mga halagang mayroon tayo:

/ = 0.0260 M / 0.0135 M

/ = 1,884

mag-log 1.884 = 0.275

pH = 4.75 + 0.275

pH = 5.025

Mag-ehersisyo 3

Ang isang acetate buffer ay naglalaman ng 0.1 M acetic acid at 0.1 M sodium acetate. Kalkulahin ang pH ng buffer pagkatapos ng pagdaragdag ng 5 ML ng 0,05 M hydrochloric acid sa 10 ML ng nakaraang solusyon.

Ang unang hakbang ay upang makalkula ang pangwakas na konsentrasyon ng HCl kapag inihalo sa buffer:

ViCi = VfCf

Cf = Vi · (Ci / Vf)

= 5 ML · (0.05 M / 15 mL)

= 0.017 M

Ang hidroklorikong acid ay tumutugon sa sodium acetate upang mabuo ang acetic acid. Samakatuwid, ang konsentrasyon ng sodium acetate ay bumabawas ng 0.017 M at ang konsentrasyon ng acetic acid ay nagdaragdag ng parehong halaga:

pH = pKa + log (0.1 M - 0.017 M) / (0.1 M + 0.017 M)

pH = pKa + mag-log 0.083 / 0.017

= 4.75 - 0.149

= 4.601

Mga Sanggunian

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemistry (Ika-8 ed.). CENGAGE Pag-aaral.
2. Jimenez Vargas at J. Mª Macarulla. (1984). Physiological Physicochemistry. Ika-6 na edisyon. Editoryal na Interamericana.
3. Wikipedia. (2020). Henderson-Hasselbalch equation. Nabawi mula sa: en.wikipedia.org
4. Gurinder Khaira & Alexander Kot. (Hunyo 05, 2019). Henderson-Hasselbalch Approximation. Chemistry LibreTexts. Nabawi mula sa: chem.libretexts.org
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Enero 29, 2020). Kahulugan ng Henderson Hasselbalch Equation. Nabawi mula sa: thoughtco.com
6. Ang Mga editor ng Encyclopaedia Britannica. (Pebrero 6, 2020). Lawrence Joseph Henderson. Encyclopædia Britannica. Nabawi mula sa: britannica.com