Equazione di Henderson-Haselbalch Spiegazione, esempi, esercizio fisico

IL Equazione di Henderson-Haselbalch È un'espressione matematica che consente il calcolo del pH di un ammortizzatore o una soluzione di smorzamento. Si basa sulla PKA di acido e sulla relazione tra coniugati o concentrazioni di sale e acido, presenti nella soluzione di smorzamento.

L'equazione fu inizialmente sviluppata da Lawrence Joseph Henderson (1878-1942) nel 1907. Questo chimico ha stabilito i componenti della sua equazione in base all'acido carbonico come soluzione tampone o tampone.

Equazione di Henderson-Haselbalch. Fonte: Gabriel Bolívar.

Successivamente, Karl Albert Hasselbalch (1874-1962) introduce nel 1917 l'uso di logaritmi per integrare l'equazione di Henderson. Il chimico danese ha studiato reazioni di sangue con ossigeno e l'effetto sul suo pH.

Una soluzione tampone è in grado di ridurre al minimo le variazioni del pH che subiscono una soluzione aggiungendo un forte volume di acido o base. È formato da un acido debole e dalla sua forte base coniugata che viene rapidamente dissociata.

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Spiegazione

Sviluppo matematico

Un acido debole in una soluzione acquosa si dissocia secondo la legge sull'azione di massa, secondo il seguente schema:

Ha +h₂O ⇌ h⁺    +     A^-

HA è acido debole e^- La tua base coniugata.

Questa reazione è reversibile e ha una costante di equilibrio (KA):

Ka = [h⁺] ·[A^-] / [Ha]

Prendendo logaritmi:

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

Se ogni termine dell'equazione viene moltiplicato per (-1), è espresso nel modo seguente:

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

Il - log ka è definito come pka e il log [h⁺] è definito come pH. Dopo aver effettuato la dovuta sostituzione, l'espressione matematica è ridotta a:

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

Cancella i termini di pH e raggruppamento, l'equazione è espressa nel modo seguente:

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

Questa è l'equazione di Henderson-Haselbalch per un ammortizzatore formato da un acido debole.

Equazione per una base debole

Allo stesso modo, una base debole può formare una soluzione tampone e l'equazione di Henderson-Haselbalch per essa è la seguente:

Poh = pkb +log [hb] / [b^-"

Tuttavia, la maggior parte delle soluzioni di smorzamento sono originate, comprese quelle di importanza fisiologica, dalla dissociazione di un acido debole. Pertanto, l'espressione più usata per l'equazione di Henderson-Haselbalch è:

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

Come agisce una soluzione buffer?

Azione per ammortizzatore

L'equazione di Henderson-Haselbalch indica che questa soluzione è formata da un acido debole e una forte base coniugata espressa come sale. Questa composizione consente alla soluzione di smorzamento di rimanere con un pH stabile sebbene vengano aggiunti acidi o basi forti.

Aggiungendo un forte acido all'ammortizzatore, reagisce con la base coniugata per formare sale e acqua. Ciò neutralizza l'acido e consente alla variazione del pH di essere minima.

Ora, se una base forte viene aggiunta all'ammortizzatore, reagisce con acido debole e forma dell'acqua e sale, neutralizzando l'azione della base aggiunta sul pH. Pertanto, la variazione del pH è minima.

Il pH di una soluzione tampone dipende dalla relazione tra concentrazioni di base coniugate e acido debole, e non dal valore assoluto delle concentrazioni di questi componenti. Una soluzione di smorzamento con acqua può essere diluita e il pH non varia praticamente.

Capacità di ammortizzatore

La capacità di smorzamento dipende anche dalla PKA di acido debole, nonché dalle concentrazioni di acido debole e base coniugata. Più vicino all'acido PKA è il pH della soluzione di smorzamento, maggiore è la sua capacità di smorzamento.

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Inoltre, maggiore è la concentrazione dei componenti della soluzione tampone, maggiore sarà la sua capacità di smorzamento.

Esempi di equazioni di Henderson

Tampone acetato

ph = pka +log [Cho₃COO^-] / [Cho₃COOH]

PKA = 4.75

Acido carbonico Amortide

ph = pka +log [HCO₃^-] / [H₂Co₃"

PKA = 6.11

Tuttavia, il processo globale che porta alla formazione dello ione bicarbonato in un organismo vivente è il seguente:

Co₂   +    H₂O ⇌ HCO₃^-   +    H⁺

Essere co₂ Un gas, la sua concentrazione in soluzione è espressa in base alla sua pressione parziale.

ph = pka +log [HCO₃^-] / α · PCO₂

α = 0,03 (mmol/l)/mmHg

PCO₂ è la pressione parziale del CO₂

E poi l'equazione sarebbe come:

ph = pka +log [HCO₃^-] / 0,03 · PCO₂

Shock lattato

ph = pka +log [lattato ione] / [acido lattico]

PKA = 3.86

Assorbitore di ammorti di fosfato

ph = pka +log [fosfato dibasico] / [fosfato monobasico]

ph = pka +log [HPO₄^2-] / [H₂Po₄^-"

PKA = 6.8

Oxihemoglobin

ph = pka +log [HBO₂^-] / [HHBO₂"

PKA = 6.62

DeSossiemoglobina

ph = pka +log [hb^-] / Hbh

PKA = 8.18

Esercizi risolti

Esercizio 1

L'assorbitore di shock fosfato è importante nella regolazione del pH del corpo, poiché il suo PKA (6,8) è vicino al pH nel corpo (7,4). Quale sarà il valore della relazione [na₂HPO₄^2-] / [Nah₂Po₄^-] dell'equazione di Henderson-Haselbalch per un valore di pH = 7,35 e un PKA = 6,8?

La reazione di dissociazione di Nah₂Po₄^- È:

Nah₂Po₄^-  (acido) ⇌ nahpo₄^2- (Base) +H⁺

ph = pka +log [Na₂HPO₄^2-] / [Nah₂Po₄^-"

Clearendo la relazione [coniugata / acida] per la soluzione di smorzamento del fosfato, abbiamo:

7.35 - 6.8 = log [NA₂HPO₄^2-] / [Nah₂Po₄^-"

0,535 = log [Na₂HPO₄^2-] / [Nah₂Po₄^-"

10^0,535 = 10^{Log [Na2HPO4] / [NAH2PO4]}

Può servirti: difenilammina

3.43 = [NA₂HPO₄^2-] / [Nah₂Po₄^-"

Esercizio 2

Una soluzione tampone acetata ha una concentrazione di acido acetico di 0,0135 m e una concentrazione di acetato di sodio 0,0260 M. Calcola il pH della soluzione di ammortizzatore, sapendo che il PKA per l'assorbitore di ammorti di acetato è 4,75.

L'equilibrio di dissociazione per l'acido acetico è:

Cap₃COOH ⇌ CH₃COO^-   +    H⁺

ph = pka +log [Cho₃COO^-] / [Cho₃COOH]

Sostituire i valori che abbiamo:

[Ch₃COO^-] / [Cho₃COOH] = 0,0260 m / 0,0135 m

[Ch₃COO^-] / [Cho₃COOH] = 1.884

Log 1.884 = 0,275

pH = 4.75 +0.275

pH = 5.025

Esercizio 3

Un ammortizzatore di acetato contiene 0,1 m di acido acetico e acetato di sodio 0,1 M. Calcola il pH della soluzione di smorzamento dopo aver aggiunto 5 ml di 0,05 m con acido cloridrico da 10 ml.

Il primo passo è calcolare la concentrazione finale dell'HCL durante la miscelazione con la soluzione tampone:

Vi · ci = vf · cf

CF = VI · (CI / VF)

= 5 ml · (0,05 m / 15 ml)

= 0,017 m

L'acido cloridrico reagisce con acetato di sodio per formare acido acetico. Pertanto, la concentrazione di acetato di sodio diminuisce di 0,017 m e la concentrazione di acido acetico aumenta della stessa quantità:

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

Riferimenti

1. Whitten, Davis, Peck e Stanley. (2008). Chimica. (8 ° ed.). Apprendimento del Cengage.
2. Jimenez Vargas e J. Mª Macarulla. (1984). Fisiologico fisico. 6a edizione. Editoriale interamericano.
3. Wikipedia. (2020). Equazione di Henderson-Hasselbalch. Recuperato da: in.Wikipedia.org
4. Gurinder Khaira e Alexander Kot. (5 giugno 2019). Approssimazione di Henderson-Hasselbalch. Chimica librettexts. Recuperato da: Chem.Librettexts.org
5. Helmestine, Anne Marie, PH.D. (29 gennaio 2020). Definizione dell'equazione di Henderson Hasselbalch. Recuperato da: Thoughtco.com
6. I redattori di Enyclopedia Britannica. (6 febbraio 2020). Lawrence Joseph Henderson. Encyclopædia Britannica. Recuperato da: Britannica.com