HENDERSON-HASSELBALCH-EKVATION: FÖRKLARING, EXEMPEL, TRÄNING - KEMI - 2026

Den buffertformeln är ett matematiskt uttryck som möjliggör beräkning av pH-värdet hos en buffert eller buffertlösning. Den är baserad på syrans pKa och förhållandet mellan koncentrationerna av konjugatbasen eller saltet och syran, närvarande i buffertlösningen.

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

Henderson-Hasselbalch-ekvation. Källa: Gabriel Bolívar.

Senare introducerade Karl Albert Hasselbalch (1874-1962) 1917 användningen av logaritmer för att komplettera Hendersons ekvation. Den danska kemisten studerade reaktionerna med blod med syre och effekten på dess pH.

En buffertlösning kan minimera pH-förändringarna som en lösning genomgår genom att tillsätta en volym av stark syra eller stark bas. Den består av en svag syra och dess starka konjugatbas som dissocierar snabbt.

Förklaring

Matematisk utveckling

En svag syra i en vattenlösning dissocieras enligt lagen om massåtgärder enligt följande schema:

HA + H ₂ O ⇌ H ⁺ + A ^-

HA är den svaga syran och A ^- dess konjugatbas.

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

Ka = · /

Tar logaritmer:

log Ka = log + log - log

Om varje term i ekvationen multipliceras med (-1) uttrycks den i följande form:

- log Ka = - log - log + log

-Log Ka definieras som pKa och -log definieras som pH. Efter att ha gjort rätt substitution reducerar det matematiska uttrycket till:

pKa = pH - log + log

Lösningen för pH och omgrupperingsterm uttrycks som följer:

pH = pKa + log /

Detta är Henderson-Hasselbalch-ekvationen för en svag syrabuffert.

Ekvation för en svag bas

På liknande sätt kan en svag bas bilda en buffert, och Henderson-Hasselbalch-ekvationen för den är som följer:

pOH = pKb + log /

De flesta buffertar härrör emellertid, även de av fysiologisk betydelse, från dissociationen av en svag syra. Därför är det mest använda uttrycket för Henderson-Hasselbalch-ekvationen:

pH = pKa + log /

Hur fungerar en buffert?

Dämpande åtgärd

Henderson-Hasselbalch-ekvationen indikerar att denna lösning består av en svag syra och en stark konjugatbas uttryckt som ett salt. Denna komposition tillåter bufferten att förbli vid ett stabilt pH även när starka syror eller baser tillsätts.

När en stark syra sätts till bufferten reagerar den med konjugatbasen för att bilda ett salt och vatten. Detta neutraliserar syran och gör att pH-variationen är minimal.

Om en stark bas sätts till bufferten reagerar den med den svaga syran och bildar vatten och ett salt, vilket neutraliserar verkan av den tillsatta basen på pH. Därför är pH-variationen minimal.

PH för en buffertlösning beror på förhållandet mellan koncentrationerna av konjugatbasen och den svaga syran, och inte av det absoluta värdet på koncentrationerna av dessa komponenter. En buffertlösning kan spädas med vatten och pH kommer att vara praktiskt taget oförändrat.

Buffertkapacitet

Buffringskapaciteten beror också på pKa för den svaga syran, såväl som koncentrationerna av den svaga syran och konjugatbasen. Ju närmare pKa för syran buffertens pH är, desto större buffertkapacitet.

Ju högre koncentration av komponenterna i buffertlösningen är, desto större är buffertkapaciteten.

Exempel på Henderson-ekvationer

Acetatstötdämpare

pH = pKa + log /

pKa = 4,75

Kolsyraabsorbent

pH = pKa + log /

pKa = 6.11

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

CO ₂ + H ₂ O ⇌ HCO ₃ ^- + H ⁺

Eftersom CO _{2 är} en gas uttrycks dess koncentration i lösning som en funktion av dess partiella tryck.

pH = pKa + log / αpCO ₂

a = 0,03 (mmol / L) / mmHg

pCO ₂ är partialtrycket av CO ₂

Och sedan skulle ekvationen se ut:

pH = pKa + log / 0.03pCO ₂

Laktatbuffert

pH = pKa + log /

pKa = 3,86

Fosfatbuffert

pH = pKa + log /

pH = pKa + log /

pKa = 6,8

oxihemoglobin

pH = pKa + log /

pKa = 6,62

deoxihemoglobin

pH = pKa + log / HbH

pKa = 8,18

Lösta övningar

Övning 1

Fosfatbufferten är viktig för att reglera kroppens pH, eftersom dess pKa (6,8) ligger nära det pH som finns i kroppen (7.4). Vad kommer att vara värdet på relationen / av Henderson-Hasselbalch-ekvationen för ett pH-värde = 7,35 och en pKa = 6,8?

Dissociationsreaktionen av NaH ₂ PO ₄ ^- är:

NaH ₂ PO ₄ ^- (syra) ⇌ NaHPO ₄ ^2- (bas) + H ⁺

pH = pKa + log /

Lösande för förhållandet för fosfatbufferten har vi:

7,35 - 6,8 = log /

0,535 = log /

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

3,43 = /

Övning 2

En acetatbuffert har en ättiksyrakoncentration på 0,0135 M och en natriumacetatkoncentration på 0,0260 M. Beräkna buffertens pH-värde, medvetande om att pKa för acetatbufferten är 4,75.

Dissociationjämvikten för ättiksyra är:

CH ₃ COOH ⇌ CH ₃ COO ^- + H ⁺

pH = pKa + log /

Att ersätta de värden vi har:

/ = 0,0260 M / 0,0135 M

/ = 1,884

log 1,884 = 0,275

pH = 4,75 + 0,275

pH = 5,025

Övning 3

En acetatbuffert innehåller 0,1 M ättiksyra och 0,1 M natriumacetat. Beräkna buffertens pH efter tillsats av 5 ml 0,05 M saltsyra till 10 ml av den tidigare lösningen.

Det första steget är att beräkna slutkoncentrationen av HCl när den blandas med bufferten:

ViCi = VfCf

Cf = Vi · (Ci / Vf)

= 5 ml · (0,05 M / 15 ml)

= 0,017 M

Saltsyra reagerar med natriumacetat och bildar ättiksyra. Därför minskar natriumacetatkoncentrationen med 0,017 M och ättiksyrahalten 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 fysikkemi. 6: e upplagan. Redaktionell interamericana.
3. Wikipedia. (2020). Henderson-Hasselbalch-ekvation. Återställd från: en.wikipedia.org
4. Gurinder Khaira & Alexander Kot. (05 juni 2019). Henderson-Hasselbalch-tillnärmning. Kemi LibreTexts. Återställd från: chem.libretexts.org
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (29 januari 2020). Henderson Hasselbalch Equation Definition. Återställd från: thoughtco.com
6. Redaktörerna för Encyclopaedia Britannica. (6 februari 2020). Lawrence Joseph Henderson. Encyclopædia Britannica. Återställd från: britannica.com