PERSAMAAN HENDERSON-HASSELBALCH: PENJELASAN, CONTOH, LATIHAN - KIMIA - 2024

The Henderson-Hasselbalch persamaan adalah ungkapan matematik yang membolehkan pengiraan pH penyelesaian penampan atau buffer. Ia berdasarkan pKa asid dan nisbah antara kepekatan asas konjugat atau garam dan asid, yang terdapat dalam larutan penyangga.

Persamaan ini pada mulanya dikembangkan oleh Lawrence Joseph Henderson (1878-1942) pada tahun 1907. Ahli kimia ini menetapkan komponen persamaannya berdasarkan asid karbonik sebagai penyekat atau penyangga.

Persamaan Henderson-Hasselbalch. Sumber: Gabriel Bolívar.

Kemudian, Karl Albert Hasselbalch (1874-1962) memperkenalkan pada tahun 1917 penggunaan logaritma untuk melengkapkan persamaan Henderson. Ahli kimia Denmark mengkaji reaksi darah dengan oksigen dan kesannya pada pHnya.

Penyelesaian penyangga dapat meminimumkan perubahan pH yang dilalui oleh larutan dengan menambahkan isi padu asid kuat atau basa kuat. Ia terdiri daripada asid lemah dan asas konjugat kuatnya, yang cepat terurai.

Penjelasan

Perkembangan matematik

Asid lemah dalam larutan berair berpisah mengikut Undang-Undang Tindakan Massa, mengikut skema berikut:

HA + H ₂ O ⇌ H ⁺ + A ^-

HA adalah asid lemah dan A ^- asas konjugatnya.

Tindak balas ini boleh dibalikkan dan mempunyai pemalar keseimbangan (Ka):

Ka = · /

Mengambil logaritma:

log Ka = log + log - log

Sekiranya setiap istilah persamaan dikalikan dengan (-1), dinyatakan dalam bentuk berikut:

- log Ka = - log - log + log

Ka -log ditakrifkan sebagai pKa dan -log ditakrifkan sebagai pH. Setelah membuat penggantian yang betul, ungkapan matematik menjadi:

pKa = pH - log + log

Menyelesaikan pH dan menyusun semula istilah, persamaan dinyatakan seperti berikut:

pH = pKa + log /

Ini adalah persamaan Henderson-Hasselbalch untuk penimbal asid lemah.

Persamaan untuk asas lemah

Begitu juga, asas yang lemah dapat membentuk penyangga, dan persamaan Henderson-Hasselbalch untuknya adalah seperti berikut:

pOH = pKb + log /

Walau bagaimanapun, kebanyakan penyangga berasal, bahkan yang mempunyai kepentingan fisiologi, dari pemisahan asid lemah. Oleh itu, ungkapan yang paling banyak digunakan untuk persamaan Henderson-Hasselbalch adalah:

pH = pKa + log /

Bagaimana penyangga berfungsi?

Tindakan redaman

Persamaan Henderson-Hasselbalch menunjukkan bahawa larutan ini terdiri daripada asid lemah dan asas konjugat kuat yang dinyatakan sebagai garam. Komposisi ini membolehkan penyangga kekal pada pH yang stabil walaupun asid atau basa kuat ditambahkan.

Apabila asid kuat ditambahkan ke dalam penyangga, ia bertindak balas dengan asas konjugat untuk membentuk garam dan air. Ini meneutralkan asid dan memungkinkan variasi pH menjadi minimum.

Sekarang, jika asas kuat ditambahkan ke dalam penyangga, ia bertindak balas dengan asid lemah dan membentuk air dan garam, meneutralkan tindakan asas tambah pada pH. Oleh itu, variasi pH adalah minimum.

PH larutan penyangga bergantung pada nisbah kepekatan asas konjugat dan asid lemah, dan bukan pada nilai mutlak kepekatan komponen ini. Larutan penyangga boleh dicairkan dengan air dan pHnya hampir tidak akan berubah.

Kapasiti penyangga

Kapasiti penyangga juga bergantung pada pKa asid lemah, dan juga kepekatan asid lemah dan asas konjugat. Semakin dekat dengan pKa asid pH penampan, semakin besar keupayaan penimbunannya.

Juga, semakin tinggi kepekatan komponen larutan penyangga, semakin besar kapasiti penyangga.

Contoh persamaan Henderson

Penyerap kejutan asetat

pH = pKa + log /

pKa = 4.75

Penyerap asid karbonik

pH = pKa + log /

pKa = 6.11

Walau bagaimanapun, proses keseluruhan yang membawa kepada pembentukan ion bikarbonat dalam organisma hidup adalah seperti berikut:

CO ₂ + H ₂ O ⇌ HCO ₃ ^- + H ⁺

Oleh kerana CO _{2 adalah} gas, kepekatannya dalam larutan dinyatakan sebagai fungsi dari tekanan separa.

pH = pka + log / αpCO ₂

α = 0.03 (mmol / L) / mmHg

pCO ₂ adalah tekanan separa CO ₂

Dan persamaannya akan kelihatan seperti:

pH = pKa + log / 0.03pCO ₂

Penyangga laktat

pH = pKa + log /

pKa = 3.86

Penimbal fosfat

pH = pKa + log /

pH = pKa + log /

pKa = 6.8

Oxyhemoglobin

pH = pKa + log /

pKa = 6.62

Deoxyhemoglobin

pH = pKa + log / HbH

pKa = 8.18

Latihan yang diselesaikan

Latihan 1

Penyangga fosfat penting dalam mengatur pH tubuh, karena pKa (6.8) dekat dengan pH yang ada di dalam tubuh (7.4). Berapakah nilai hubungan / persamaan Henderson-Hasselbalch untuk nilai pH = 7.35 dan pKa = 6.8?

Reaksi pemisahan NaH ₂ PO ₄ ^- adalah:

NaH ₂ PO ₄ ^- (asid) ⇌ NaHPO ₄ ^2- (asas) + H ⁺

pH = pKa + log /

Menyelesaikan hubungan untuk penyangga fosfat, kami mempunyai:

7.35 - 6.8 = log /

0.535 = log /

10 ^0.535 = 10 ^{log /}

3.43 = /

Latihan 2

Buffer asetat mempunyai kepekatan asid asetik 0,0135 M dan kepekatan natrium asetat 0,0260 M. Hitung pH buffer, mengetahui bahawa pKa untuk buffer asetat adalah 4,75.

Keseimbangan disosiasi untuk asid asetik adalah:

CH ₃ COOH ⇌ CH ₃ COO ^- + H ⁺

pH = pKa + log /

Menggantikan nilai yang kita ada:

/ = 0,0260 M / 0,0135 M

/ = 1,884

log 1.884 = 0.275

pH = 4.75 + 0.275

pH = 5.025

Latihan 3

Penimbal asetat mengandungi asid asetik 0.1 M dan natrium asetat 0.1 M. Hitung pH penampan setelah menambahkan 5 mL asid hidroklorik 0.05 M hingga 10 mL larutan sebelumnya.

Langkah pertama adalah mengira kepekatan akhir HCl apabila dicampurkan dengan penyangga:

ViCi = VfCf

Cf = Vi · (Ci / Vf)

= 5 mL · (0,05 M / 15 mL)

= 0.017 M

Asid hidroklorik bertindak balas dengan natrium asetat untuk membentuk asid asetik. Oleh itu, kepekatan natrium asetat menurun sebanyak 0,017 M dan kepekatan asid asetik meningkat dengan jumlah yang sama:

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

Rujukan

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia (Edisi ke-8.) Pembelajaran CENGAGE.
2. Jimenez Vargas dan J. Mª Macarulla. (1984). Fisikokimia Fisiologi. Edisi ke-6. Interamericana editorial.
3. Wikipedia. (2020). Persamaan Henderson-Hasselbalch. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
4. Gurinder Khaira & Alexander Kot. (05 Jun 2019). Henderson-Hasselbalch Pendekatan. LibreTexts Kimia. Dipulihkan dari: chem.libretexts.org
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (29 Januari 2020). Definisi Persamaan Henderson Hasselbalch. Dipulihkan dari: thinkco.com
6. Pengarang Ensiklopedia Britannica. (6 Februari 2020). Lawrence Joseph Henderson. Encyclopædia Britannica. Dipulihkan dari: britannica.com