Ecuația Henderson-Hasselbalch este o expresie matematică care permite calcularea pH-ului unui tampon sau soluție tampon. Se bazează pe pKa acidului și relația dintre concentrațiile bazei conjugate sau a sării și acidului, prezente în soluția tampon..
Ecuația a fost inițial dezvoltată de Lawrence Joseph Henderson (1878-1942) în 1907. Acest chimist a stabilit componentele ecuației sale pe baza acidului carbonic ca tampon sau tampon..
Mai târziu, Karl Albert Hasselbalch (1874-1962) a introdus în 1917 utilizarea logaritmilor pentru a completa ecuația Henderson. Chimistul danez a studiat reacțiile sângelui cu oxigenul și efectul asupra pH-ului acestuia.
O soluție tampon este capabilă să minimizeze modificările de pH pe care le suferă o soluție prin adăugarea unui volum de acid sau bază puternică. Este alcătuit dintr-un acid slab și baza sa puternică conjugată care se disociază rapid.
Indice articol
Un acid slab într-o soluție apoasă se disociază conform Legii acțiunii în masă, în conformitate cu următoarea schemă:
HA + HDouăO ⇌ H+ + LA-
HA este acidul slab și A- baza sa conjugată.
Această reacție este reversibilă și are o constantă de echilibru (Ka):
Ka = [H+] ·[LA-] / [HA]
Luarea de logaritmi:
log Ka = log [H+] + Jurnal [A-] - jurnal [HA]
Dacă fiecare termen al ecuației este înmulțit cu (-1), acesta se exprimă după cum urmează:
- log Ka = - log [H+] - jurnal [A] + jurnal [HA]
- log Ka este definit ca pKa și - log [H+] este definit ca pH. După efectuarea substituției corespunzătoare, expresia matematică se reduce la:
pKa = pH - log [A-] + Jurnal [HA]
Rezolvând pentru pH și termeni de regrupare, ecuația este exprimată după cum urmează:
pH = pKa + log [A-] / [HA]
Aceasta este ecuația Henderson-Hasselbalch pentru un tampon acid slab.
În mod similar, o bază slabă poate forma un tampon, iar ecuația Henderson-Hasselbalch pentru aceasta este următoarea:
pOH = pKb + log [HB] / [B-]
Cu toate acestea, majoritatea soluțiilor tampon provin, chiar și de importanță fiziologică, din disocierea unui acid slab. Prin urmare, cea mai utilizată expresie pentru ecuația Henderson-Hasselbalch este:
pH = pKa + log [A-] / [HA]
Ecuația Henderson-Hasselbalch indică faptul că această soluție este alcătuită dintr-un acid slab și o bază conjugată puternică exprimată ca sare. Această compoziție permite soluției tampon să rămână la un pH stabil chiar și atunci când se adaugă acizi puternici sau baze..
Când se adaugă un acid puternic în tampon, acesta reacționează cu baza conjugată pentru a forma o sare și apă. Acest lucru neutralizează acidul și permite variația pH-ului să fie minimă..
Acum, dacă se adaugă o bază puternică în tampon, aceasta reacționează cu acidul slab și formează apă și o sare, neutralizând acțiunea bazei adăugate asupra pH-ului. Prin urmare, variația pH-ului este minimă.
PH-ul unei soluții tampon depinde de raportul dintre concentrațiile bazei conjugate și acidul slab și nu de valoarea absolută a concentrațiilor acestor componente. O soluție tampon poate fi diluată cu apă și pH-ul va fi practic neschimbat.
Capacitatea tampon depinde și de pKa acidului slab, precum și de concentrațiile acidului slab și a bazei conjugate. Cu cât pH-ul tamponului este mai aproape de pKa acidului, cu atât este mai mare capacitatea sa de tamponare..
La fel, cu cât este mai mare concentrația componentelor soluției tampon, cu atât este mai mare capacitatea sa de tamponare..
pH = pKa + log [CH3GÂNGURI-] / [CH3COOH]
pKa = 4,75
pH = pKa + log [HCO3-] / [HDouăCO3]
pKa = 6.11
Cu toate acestea, procesul general care duce la formarea ionului bicarbonat într-un organism viu este după cum urmează:
CODouă + HDouăO ⇌ HCO3- + H+
Fiind CODouă un gaz, concentrația sa în soluție este exprimată în funcție de presiunea sa parțială.
pH = pka + log [HCO3-] / α pCODouă
α = 0,03 (mmol / L) / mmHg
pCODouă este presiunea parțială a CODouă
Și atunci ecuația ar arăta astfel:
pH = pKa + log [HCO3-] / 0,03 pCODouă
pH = pKa + log [ion lactat] / [acid lactic]
pKa = 3,86
pH = pKa + log [fosfat dibazic] / [fosfat monobazic]
pH = pKa + log [HPO4Două-] / [HDouăPO4-]
pKa = 6,8
pH = pKa + log [HbODouă-] / [HHbODouă]
pKa = 6,62
pH = pKa + log [Hb-] / HbH
pKa = 8,18
Tamponul fosfat este important în reglarea pH-ului corpului, deoarece pKa (6.8) este aproape de pH-ul existent în organism (7.4). Care va fi valoarea relației [NaDouăHPO4Două-] / [NaHDouăPO4-] din ecuația Henderson-Hasselbalch pentru o valoare pH = 7,35 și o pKa = 6,8?
Reacția de disociere a NaHDouăPO4- este:
NaHDouăPO4- (acid) ⇌ NaHPO4Două- (bază) + H+
pH = pKa + log [NaDouăHPO4Două-] / [NaHDouăPO4-]
Rezolvând raportul [bază conjugată / acid] pentru tamponul fosfat, avem:
7,35 - 6,8 = log [NaDouăHPO4Două-] / [NaHDouăPO4-]
0,535 = log [NaDouăHPO4Două-] / [NaHDouăPO4-]
100,535 = 10jurnal [Na2HPO4] / [NaH2PO4]
3,43 = [NaDouăHPO4Două-] / [NaHDouăPO4-]
Un tampon de acetat are o concentrație de acid acetic de 0,0135 M și o concentrație de acetat de sodiu de 0,0260 M. Calculați pH-ul tamponului, știind că pKa pentru tamponul de acetat este de 4,75.
Echilibrul de disociere pentru acidul acetic este:
CH3COOH ⇌ CH3GÂNGURI- + H+
pH = pKa + log [CH3GÂNGURI-] / [CH3COOH]
Înlocuind valorile pe care le avem:
[CH3GÂNGURI-] / [CH3COOH] = 0,0260 M / 0,0135 M
[CH3GÂNGURI-] / [CH3COOH] = 1,884
jurnal 1.884 = 0.275
pH = 4,75 + 0,275
pH = 5,025
Un tampon acetat conține 0,1 M acid acetic și 0,1 M acetat de sodiu. Calculați pH-ul tamponului după adăugarea a 5 mL de acid clorhidric 0,05 M la 10 mL din soluția de mai sus.
Primul pas este de a calcula concentrația finală a HCl atunci când este amestecat cu soluția tampon:
ViCi = VfCf
Cf = Vi · (Ci / Vf)
= 5 mL · (0,05 M / 15 mL)
= 0,017 M
Acidul clorhidric reacționează cu acetat de sodiu pentru a forma acid acetic. Prin urmare, concentrația de acetat de sodiu scade cu 0,017 M și concentrația de acid acetic crește cu aceeași cantitate:
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
Nimeni nu a comentat acest articol încă.