HENDERSONO-HASSELBALCHO LYGTIS: PAAIŠKINIMAS, PAVYZDŽIAI, PRATIMAS - CHEMIJA - 2025

Henderson-Hasselbalch lygtis yra matematinė išraiška, kad leidžia buferiu arba buferinio tirpalo pH apskaičiavimą. Jis grindžiamas rūgšties pKa ir konjuguotos bazės arba druskos ir rūgšties, esančios buferiniame tirpale, koncentracijų santykiu.

Lygtį iš pradžių sukūrė Lawrence'as Josephas Hendersonas (1878–1942) 1907 m. Šis chemikas nustatė savo lygties komponentus, pagrįstus anglies rūgštimi kaip buferį arba buferį.

Hendersono ir Haselbalcho lygtis. Šaltinis: Gabrielis Bolívaras.

Vėliau Karlas Albertas Hasselbalchas (1874–1962) 1917 m. Pristatė logaritmų naudojimą Hendersono lygčiai papildyti. Danų chemikas ištyrė kraujo reakcijas su deguonimi ir poveikį jo pH.

Buferinis tirpalas gali sumažinti tirpalo patiriamus pH pokyčius, pridedant stiprios rūgšties arba stiprios bazės. Jį sudaro silpna rūgštis ir stipri konjuguota bazė, kuri greitai atsiskiria.

Paaiškinimas

Matematinė raida

Silpna rūgštis vandeniniame tirpale disocijuojasi pagal Masinio veikimo įstatymą pagal šią schemą:

HA + H ₂ O ⇌ H ⁺ + A ^-

HA yra silpnoji rūgštis, o A ^- jo konjuguota bazė.

Ši reakcija yra grįžtamoji ir turi pusiausvyros konstantą (Ka):

Ka = · /

Logaritmų paėmimas:

log Ka = log + log - žurnalas

Jei kiekvienas lygties terminas padauginamas iš (-1), jis išreiškiamas tokia forma:

- žurnalas Ka = - žurnalas - žurnalas + žurnalas

-Log Ka yra apibrėžtas kaip pKa, o -log yra apibrėžtas kaip pH. Atlikus tinkamą pakeitimą, matematinė išraiška sumažėja iki:

pKa = pH - log + log

Sprendžiant pH ir pergrupavus terminus, lygtis išreiškiama taip:

pH = pKa + log /

Tai yra silpnos rūgšties buferio Hendersono ir Haselbalcho lygtis.

Silpnos bazės lygtis

Panašiai silpna bazė gali sudaryti buferį, o Hendersono-Haselbalcho lygtis jai yra tokia:

pOH = pKb + log /

Tačiau dauguma buferių, net ir fiziologiškai svarbūs, atsiranda dėl silpnos rūgšties disociacijos. Todėl Hendersono-Haselbalcho lygčiai dažniausiai naudojama išraiška:

pH = pKa + log /

Kaip veikia buferis?

Slopinantis veiksmas

Hendersono ir Haselbalcho lygtis rodo, kad šį tirpalą sudaro silpna rūgštis ir stipri konjuguota bazė, išreikšta druska. Ši kompozicija leidžia buferiui išlikti stabiliame pH, net jei pridedama stiprių rūgščių ar bazių.

Kai į buferį pridedama stipri rūgštis, ji reaguoja su konjuguota baze, sudarydama druską ir vandenį. Tai neutralizuoja rūgštį ir leidžia minimalų pH pokytį.

Dabar, jei į buferį pridedama stipri bazė, ji reaguoja su silpna rūgštimi ir sudaro vandenį bei druską, neutralizuodama pridėtos bazės poveikį pH. Todėl pH kitimas yra minimalus.

Buferinio tirpalo pH priklauso nuo konjuguotos bazės ir silpnos rūgšties koncentracijų santykio, o ne nuo absoliučios šių komponentų koncentracijos vertės. Buferinį tirpalą galima praskiesti vandeniu, o pH beveik nesikeis.

Buferio talpa

Buferinis tūris taip pat priklauso nuo silpnos rūgšties pKa, taip pat nuo silpnos rūgšties ir konjuguotos bazės koncentracijos. Kuo arčiau rūgšties pKa yra buferio pH, tuo didesnis jo buferinis tūris.

Be to, kuo didesnė buferinio tirpalo komponentų koncentracija, tuo didesnė jo buferinė talpa.

Hendersono lygčių pavyzdžiai

Acetato amortizatorius

pH = pKa + log /

pKa = 4,75

Anglies rūgšties absorberis

pH = pKa + log /

pKa = 6,11

Tačiau visas procesas, dėl kurio gyvame organizme susidaro bikarbonato jonai, yra toks:

CO ₂ + H ₂ O ⇌ HCO ₃ ^- + H ⁺

Kadangi CO _{2 yra} dujos, jo koncentracija tirpale išreiškiama kaip jo dalinio slėgio funkcija.

pH = pKa + log / αpCO ₂

α = 0,03 (mmol / L) / mmHg

PCO ₂ yra parcialinis slėgis CO ₂

Ir tada lygtis atrodytų taip:

pH = pKa + log / 0.03pCO ₂

Laktato buferis

pH = pKa + log /

pKa = 3,86

Fosfato buferis

pH = pKa + log /

pH = pKa + log /

pKa = 6,8

Oksihemoglobinas

pH = pKa + log /

pKa = 6,62

Deoksihemoglobinas

pH = pKa + log / HbH

pKa = 8,18

Išspręsta mankšta

1 pratimas

Fosfato buferis yra svarbus reguliuojant kūno pH, nes jo pKa (6.8) yra artimas organizme esančiam pH (7.4). Kokia bus santykio / Hendersono ir Haselbalcho lygties vertė, kai pH vertė = 7,35 ir pKa = 6,8?

Disociacijos reakcijos NaH ₂ PO ₄ ^- yra:

NaH ₂ PO ₄ ^- (rūgšties) ⇌ NaHPO ₄ ^2- (bazė) + H ⁺

pH = pKa + log /

Norėdami išspręsti fosfato buferio ryšį, turime:

7.35 - 6.8 = log /

0,535 = prisijungti /

10 ^0,535 = 10 ^{log /}

3,43 = /

2 pratimas

Acetato buferio acto rūgšties koncentracija yra 0,0135 M, o natrio acetato koncentracija - 0,0260 M. Apskaičiuokite buferio pH, žinodami, kad acetato buferio pKa yra 4,75.

Acto rūgšties disociacijos pusiausvyra yra:

CH ₃ COOH ⇌ CH ₃ COO ^- + H ⁺

pH = pKa + log /

Pakeisime turimas vertybes:

/ = 0,0260 M / 0,0135 M

/ = 1,884

žurnalas 1,884 = 0,275

pH = 4,75 + 0,275

pH = 5,025

3 pratimas

Acetato buferyje yra 0,1 M acto rūgšties ir 0,1 M natrio acetato. Apskaičiuokite buferio pH, pridėję 5 ml 0,05 M druskos rūgšties 10 ml ankstesnio tirpalo.

Pirmasis žingsnis yra apskaičiuoti galutinę HCl koncentraciją sumaišius su buferiu:

ViCi = VfCf

Cf = Vi · (Ci / Vf)

= 5 ml · (0,05 M / 15 ml)

= 0,017 M

Druskos rūgštis reaguoja su natrio acetatu, sudarydama acto rūgštį. Todėl natrio acetato koncentracija sumažėja 0,017 M, o acto rūgšties koncentracija padidėja tiek pat:

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

Nuorodos

1. Whittenas, Davisas, Peckas ir Stanley. (2008). Chemija (8-asis leidimas). CENGAGE mokymasis.
2. Jimenezas Vargas ir J. Mª Macarulla. (1984). Fiziologinė fizikochemija. 6-asis leidimas. Redakcija „Interamericana“.
3. Vikipedija. (2020). Hendersono ir Haselbalcho lygtis. Atkurta iš: en.wikipedia.org
4. Gurinderis Khaira ir Aleksandras Kotas. (2019 m. Birželio 05 d.). Hendersono-Haselbalcho artėjimas. Chemija „LibreTexts“. Atkurta iš: chem.libretexts.org
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2020 m. Sausio 29 d.). Hendersono Haselbalcho lygties apibrėžimas. Atgauta iš: thinkco.com
6. Enciklopedijos „Britannica“ redaktoriai. (2020 m. Vasario 6 d.). Lawrence'as Josephas Hendersonas. „Encyclopædia Britannica“. Atkurta iš: britannica.com