HENDERSON-HASSELBALCH DENKLEMI: AÇIKLAMA, ÖRNEKLER, ALIŞTIRMA - KIMYA - 2025

Henderson-Hasselbalch eşitliği veya bir tampon, tampon çözeltinin pH değeri hesaplanmasını mümkün kılacak bir matematiksel bir ifadedir. Asidin pKa'sına ve tampon solüsyonunda bulunan eşlenik baz veya tuz ile asit konsantrasyonları arasındaki ilişkiye dayanır.

Denklem ilk olarak 1907'de Lawrence Joseph Henderson (1878-1942) tarafından geliştirildi. Bu kimyager, denkleminin bileşenlerini bir tampon veya tampon olarak karbonik aside dayalı olarak oluşturdu.

Henderson-Hasselbalch denklemi. Kaynak: Gabriel Bolívar.

Daha sonra, Karl Albert Hasselbalch (1874-1962) 1917'de Henderson denklemini tamamlamak için logaritmaların kullanımını tanıttı. Danimarkalı kimyager kanın oksijenle reaksiyonunu ve pH'ı üzerindeki etkisini inceledi.

Bir tampon çözelti, bir hacim güçlü asit veya güçlü baz ekleyerek bir çözeltinin maruz kaldığı pH değişikliklerini en aza indirebilir. Zayıf bir asitten ve hızla ayrışan güçlü eşlenik bazından oluşur.

açıklama

Matematiksel gelişim

Sulu bir çözelti içindeki zayıf bir asit, aşağıdaki şemaya göre Kütle Eylem Yasasına göre ayrışır:

HA + H ₂ O ⇌ H ⁺ + A ^-

HA zayıf asittir ve A ^- eşlenik bazı.

Bu reaksiyon tersine çevrilebilir ve bir denge sabitine (Ka) sahiptir:

Ka = · /

Logaritma almak:

log Ka = günlük + günlük - günlük

Denklemin her terimi (-1) ile çarpılırsa, aşağıdaki biçimde ifade edilir:

- log Ka = - günlük - günlük + günlük

-Log Ka, pKa olarak tanımlanır ve -log, pH olarak tanımlanır. Doğru ikameyi yaptıktan sonra, matematiksel ifade şu şekilde azalır:

pKa = pH - günlük + günlük

PH ve yeniden gruplama terimlerini çözen denklem aşağıdaki gibi ifade edilir:

pH = pKa + log /

Bu zayıf asit tamponu için Henderson-Hasselbalch denklemidir.

Zayıf bir baz için denklem

Benzer şekilde, zayıf bir baz bir tampon oluşturabilir ve bunun için Henderson-Hasselbalch denklemi aşağıdaki gibidir:

pOH = pKb + log /

Bununla birlikte, çoğu tampon, fizyolojik öneme sahip olanlar bile, zayıf bir asidin ayrışmasından kaynaklanır. Bu nedenle, Henderson-Hasselbalch denklemi için en çok kullanılan ifade şudur:

pH = pKa + log /

Bir tampon nasıl çalışır?

Sönümleme eylemi

Henderson-Hasselbalch denklemi, bu çözeltinin zayıf bir asitten ve tuz olarak ifade edilen güçlü bir eşlenik bazdan oluştuğunu gösterir. Bu bileşim, güçlü asitler veya bazlar eklendiğinde bile tamponun sabit bir pH'ta kalmasına izin verir.

Tampona güçlü bir asit eklendiğinde, bir tuz ve su oluşturmak için eşlenik baz ile reaksiyona girer. Bu, asidi nötrleştirir ve pH değişiminin minimum olmasına izin verir.

Şimdi, tampona güçlü bir baz eklenirse, zayıf asitle reaksiyona girer ve su ve bir tuz oluşturur, eklenen bazın pH üzerindeki etkisini nötralize eder. Bu nedenle, pH değişimi minimumdur.

Bir tampon çözeltisinin pH'ı, bu bileşenlerin konsantrasyonlarının mutlak değerine değil, eşlenik baz ve zayıf asit konsantrasyonlarının oranına bağlıdır. Bir tampon çözelti su ile seyreltilebilir ve pH hemen hemen değişmez.

Tampon kapasitesi

Tamponlama kapasitesi ayrıca zayıf asidin pKa'sına ve ayrıca zayıf asit ve eşlenik baz konsantrasyonlarına bağlıdır. Tamponun pH'ı asidin pKa'sına ne kadar yakınsa, tamponlama kapasitesi o kadar büyüktür.

Ayrıca, tampon çözeltisinin bileşenlerinin konsantrasyonu ne kadar yüksekse, tampon kapasitesi o kadar büyük olur.

Henderson denklemlerinin örnekleri

Asetat amortisör

pH = pKa + log /

pKa = 4.75

Karbonik asit emici

pH = pKa + log /

pKa = 6,11

Ancak canlı bir organizmada bikarbonat iyonunun oluşmasına yol açan genel süreç şu şekildedir:

CO ₂ + H ₂ O ⇌ HCO ₃ ^- + H ⁺

CO yana ₂ bir gaz, çözelti içindeki konsantrasyonu kısmi basıncının bir fonksiyonu olarak ifade edilir.

pH = pka + log / αpCO ₂

α = 0,03 (mmol / L) / mmHg

pCO ₂ , CO _2'nin kısmi basıncıdır

Ve sonra denklem şöyle görünecektir:

pH = pKa + log / 0.03pCO ₂

Laktat tamponu

pH = pKa + log /

pKa = 3.86

Fosfat tamponu

pH = pKa + log /

pH = pKa + log /

pKa = 6.8

oksihemoglobin

pH = pKa + log /

pKa = 6,62

deoksihemoglobinin

pH = pKa + log / HbH

pKa = 8,18

Çözülmüş egzersizler

1. Egzersiz

Fosfat tamponu, pKa (6.8) vücutta bulunan pH'a (7.4) yakın olduğu için vücut pH'ının düzenlenmesinde önemlidir. Bir pH değeri = 7,35 ve bir pKa = 6,8 için Henderson-Hasselbalch denkleminin / ilişkisinin değeri ne olacaktır?

NaH ayrışma reaksiyonu ₂ PO ₄ ^- olduğu:

NaH ₂ PO ₄ ^- (asit) ⇌ NaHPO ₄ ^2- (baz) + H ⁺

pH = pKa + log /

Fosfat tamponu ilişkisini çözmek için elimizde:

7,35 - 6,8 = günlük /

0,535 = günlük /

10 ^0,535 = 10 ^{günlük /}

3.43 = /

Egzersiz 2

Bir asetat tamponunun asetik asit konsantrasyonu 0,0135 M ve sodyum asetat konsantrasyonu 0,0260 M'dir. Asetat tamponu için pKa'nın 4,75 olduğunu bilerek tamponun pH'ını hesaplayın.

Asetik asit için ayrışma dengesi:

CH ₃ COOH ⇌ CH ₃ COO ^- + H ⁺

pH = pKa + log /

Sahip olduğumuz değerleri ikame etmek:

/ = 0,0260 M / 0,0135 M

/ = 1.884

günlük 1.884 = 0.275

pH = 4,75 + 0,275

pH = 5.025

Egzersiz 3

Bir asetat tamponu, 0.1 M asetik asit ve 0.1 M sodyum asetat içerir. Önceki çözeltinin 10 mL'sine 5 mL 0.05 M hidroklorik asit ekledikten sonra tamponun pH'ını hesaplayın.

İlk adım, tamponla karıştırıldığında HCl'nin nihai konsantrasyonunu hesaplamaktır:

ViCi = VfCf

Cf = Vi · (Ci / Vf)

= 5 mL · (0,05 M / 15 mL)

= 0,017 M

Hidroklorik asit, asetik asit oluşturmak için sodyum asetat ile reaksiyona girer. Bu nedenle, sodyum asetat konsantrasyonu 0,017 M azalır ve asetik asit konsantrasyonu aynı miktarda artar:

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

Referanslar

1. Whitten, Davis, Peck ve Stanley. (2008). Kimya (8. baskı). CENGAGE Öğrenme.
2. Jimenez Vargas ve J. Mª Macarulla. (1984). Fizyolojik Fizikokimya. 6. baskı. Editoryal Interamericana.
3. Vikipedi. (2020 yılında). Henderson-Hasselbalch denklemi. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
4. Gurinder Khaira ve Alexander Kot. (5 Haziran 2019). Henderson-Hasselbalch Yaklaşımı. Kimya LibreTexts. Chem.libretexts.org adresinden kurtarıldı
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (29 Ocak 2020). Henderson Hasselbalch Denklem Tanımı. Kurtarıldı: thinkco.com
6. Encyclopaedia Britannica'nın Editörleri. (6 Şubat 2020). Lawrence Joseph Henderson. Encyclopædia Britannica. Britannica.com'dan kurtarıldı