Henderson-Haselbalch-ekvationsförklaring, exempel, träning

De Henderson-Haselbalch-ekvation Det är ett matematiskt uttryck som möjliggör beräkning av pH för en stötdämpare eller dämpningslösning. Det är baserat på PKA för syra och förhållandet mellan konjugat eller salt- och syrakoncentrationer, närvarande i dämpningslösningen.

Ekvationen utvecklades ursprungligen av Lawrence Joseph Henderson (1878-1942) 1907. Denna kemist etablerade komponenterna i dess ekvation baserat på kolsyra som en buffert eller buffertlösning.

Henderson-Haselbalch-ekvation. Källa: Gabriel Bolívar.

Därefter introducerar Karl Albert Hasselbalch (1874-1962) 1917 användningen av logaritmer för att komplettera Henderson-ekvationen. Den danska kemisten studerade blodreaktioner med syre och effekten på hans pH.

En buffertlösning kan minimera pH -förändringar som lider av en lösning genom att lägga till en stark syra eller basvolym. Den bildas av en svag syra och dess starka konjugerade bas som snabbt är dissocierad.

[TOC]

Förklaring

Matematisk utveckling

En svag syra i en vattenhaltig lösning dissocierar enligt massaktionslagen, enligt följande schema:

Ha +h₂Eller ⇌ h⁺    +     TILL^-

Ha är svag syra och^- Din konjugerade bas.

Denna reaktion är reversibel och har en jämviktskonstant (KA):

Ka = [h⁺] · [Till^-] / [Ha]

Tar logaritmer:

log ka = log [h⁺] +Log [a^-] -log [ha]

Om varje term i ekvationen multipliceras med (-1) uttrycks det på följande sätt:

- log ka = - log [h⁺] -log [a] +log [ha]

- Log Ka definieras som PKA och - loggen [h⁺] definieras som pH. Efter att ha gjort rättvisning reduceras matematiskt uttryck till:

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

Rensning av pH och omgrupperingsvillkor uttrycks ekvationen på följande sätt:

Kan tjäna dig: trippel kovalent länk

ph = pka +log [a^-] / [Ha]

Detta är Henderson-Haselbalch-ekvationen för en stötdämpare som bildas av en svag syra.

Ekvation för en svag bas

På liknande sätt kan en svag bas bilda en buffertlösning och Henderson-Haselbalch-ekvationen för den är som följer:

POH = PKB +LOG [HB] / [B^-]

De flesta dämpningslösningar har emellertid sitt ursprung, inklusive de av fysiologisk betydelse, från dissociation av en svag syra. Därför är det mest använda uttrycket för Henderson-Haselbalch-ekvationen:

ph = pka +log [a^-] / [Ha]

Hur agerar en buffertlösning?

Stötdämpare

Henderson-Haselbalch-ekvationen indikerar att denna lösning bildas av en svag syra och en stark konjugerad bas uttryckt som salt. Denna komposition gör att dämpningslösningen kan förbli med ett stabilt pH, även om starka syror eller baser läggs till.

Genom att tillsätta en stark syra till stötdämparen reagerar den med den konjugerade basen för att bilda ett salt och vatten. Detta neutraliserar syran och gör att variationen av pH är minimal.

Nu, om en stark bas läggs till stötdämparen, reagerar den med svag syra och vattenform och salt och neutraliserar verkan av den tillagda basen på pH. Därför är pH -variation minimal.

PH för en buffertlösning beror på förhållandet mellan konjugatbaskoncentrationer och svag syra, och inte på det absoluta värdet på koncentrationerna av dessa komponenter. En dämpningslösning med vatten kan spädas ut och pH kommer praktiskt taget inte att variera.

Stötdämpare kapacitet

Dämpningskapaciteten beror också på PKA för svag syra, liksom koncentrationerna av svag syra och konjugatbas. Ju närmare syran PKA är pH för dämpningslösningen, desto större är dess dämpningskapacitet.

Kan tjäna dig: Le Châtelier -principen

Ju större koncentrationen av komponenterna i buffertlösningen, desto större kommer dess dämpningskapacitet att vara.

Henderson Equations Exempel

Acetatbuffert

ph = pka +log [cho₃Kuttra^-] / [Cho₃Cooh]

PKA = 4,75

Karbonsyra amortide

ph = pka +log [hco₃^-] / [H₂Co₃]

PKA = 6.11

Den globala processen som leder till bildandet av bikarbonatjonen i en levande organisme är emellertid följande:

Co₂   +    H₂Eller ⇌ hco₃^-   +    H⁺

Vara co₂ En gas, dess koncentration i lösningen uttrycks enligt dess partiella tryck.

ph = pka +log [hco₃^-] / α · PCO₂

α = 0,03 (mmol/L)/mmHg

Pco₂ är CO: s partiella tryck₂

Och då skulle ekvationen vara som:

ph = pka +log [hco₃^-] / 0,03 · PCO₂

Laktat stötdämpare

pH = pKa +log [laktatjon] / [mjölksyra]

PKA = 3,86

Fosfat stötdämpare

pH = pKa +log [dibasiskt fosfat] / [monobasiskt 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

Löst övningar

Övning 1

Fosfatschötdämparen är viktig vid regleringen av kroppens pH, eftersom dess PKA (6.8) är nära pH i kroppen (7,4). Vad är värdet av förhållandet [na₂Hpo₄^2-] / [Nah₂Po₄^-] av Henderson-Haselbalch-ekvationen för ett värde på pH = 7,35 och en PKA = 6,8?

NAH: s dissocieringsreaktion₂Po₄^- är:

Nej₂Po₄^-  (syra) ⇌ nahpo₄^2- (Bas) +h⁺

ph = pka +log [na₂Hpo₄^2-] / [Nah₂Po₄^-]

Rensa [konjugerad / syra] -förhållandet för fosfatdämpningslösningen 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 tjäna dig: difenylamin

3.43 = [na₂Hpo₄^2-] / [Nah₂Po₄^-]

Övning 2

En acetatbuffertlösning har en 0,0135 M ättiksyrakoncentration och en 0,0260 M natriumacetatkoncentration. Beräkna pH för stötdämparen, och veta att PKA för acetatchockabsorberaren är 4,75.

Dissociationsbalansen för ättiksyra är:

Ch₃COOH ⇌ Ch₃Kuttra^-   +    H⁺

ph = pka +log [cho₃Kuttra^-] / [Cho₃Cooh]

Ersätta de värden vi har:

[Ch₃Kuttra^-] / [Cho₃COOH] = 0,0260 m / 0,0135 m

[Ch₃Kuttra^-] / [Cho₃COOH] = 1 884

Log 1.884 = 0,275

pH = 4,75 +0,275

pH = 5,025

Övning 3

En acetat stötdämpare innehåller 0,1 m ättiksyra och 0,1 M natriumacetat. Beräkna pH för dämpningslösningen efter tillsats av 5 ml 0,05 M vid 10 ml saltsyra.

Det första steget är att beräkna den slutliga koncentrationen av HCL vid blandning med buffertlösningen:

Vi · ci = vf · cf

CF = vi · (CI / VF)

= 5 ml · (0,05 m / 15 ml)

= 0,017 m

Saltsyra reagerar med natriumacetat för att bilda ättiksyra. Därför minskar natriumacetatkoncentrationen med 0,017 M och ättiksyrakoncentrationen ökar med samma mängd:

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

Referenser

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. (8: e upplagan.). Cengage Learning.
2. Jimenez Vargas och J. Mª macarulla. (1984). Fysiologisk fysisk -kemisk. Sjätte upplagan. Inter -amerikansk redaktion.
3. Wikipedia. (2020). Henderson-Hasselbalch-ekvation. Hämtad från: i.Wikipedia.org
4. Gurinder Khaira & Alexander Kot. (5 juni 2019). Henderson-Hasselbalch approximation. Kemi librettexts. Återhämtad från: kem.Librettexts.org
5. Helmestine, Anne Marie, PH.D. (29 januari 2020). Henderson Hasselbalch Equation Definition. Återhämtat sig från: tankco.com
6. Redaktörerna för Enyclopaedia Britannica. (6 februari 2020). Lawrence Joseph Henderson. Encyclopædia Britannica. Återhämtat sig från: Britannica.com