مفاهیم اصلی

در این آموزش، شما یاد خواهید گرفت که معادله هندرسون- هاسلبالچ چیست، چگونه از معادله برای تعیین pH یک بافر استفاده کنید، چگونه معادله را استخراج کنید، و چگونه برخی از مسائل مثال را حل کنید.

معادله هندرسون هاسلبالچ چیست؟

معادله هندرسون- هاسلبالخ برای تعیین pH یک سیستم بافر استفاده می شود.

K_آ ثابت تفکیک اسید است و pKa log منفی K است_آ. [Conjugate Base] همچنین معمولاً به صورت نوشته می شود [A-]. و [Weak Acid] ممکن است به عنوان دیده شود [HA]. این مقادیر به غلظت تعادل اشاره دارد.

اگر غلظت اسید و باز مزدوج یکسان باشد، pH برابر با pK خواهد بود_آ زیرا log(1) = 0.

اگر [HA] = [A^–]، سپس

استخراج معادله هندرسون- هاسلبالخ

معادله هندرسون- هاسلبالخ را می توان از K به دست آورد_آ از یک اسید ضعیف در اینجا ما یک اسید ضعیف، HA، و باز مزدوج آن، A داریم^–. در آب تفکیک زیر رخ می دهد:

بنابراین، ثابت تفکیک اسید به صورت تعریف می شود

که می توان آن را دوباره تنظیم کرد

سپس سیاهه هر دو طرف را بردارید

در 1- ضرب می کنیم تا در مرحله بعد pH را جایگزین کنیم.

بر اساس تعریف pH = -log [H₃O⁺] می توانیم در معادله خود جایگزین کنیم

و سپس استفاده کنید قوانین لگاریتم برای ساده کردن سمت راست

دانستن اینکه pK_آ = -log(K_آمی توانیم آن را با معادله قبلی خود جایگزین کنیم تا به معادله هندرسون- هاسلبالخ برسیم.

مثال مسائل معادله هندرسون هاسلبالخ

تعیین نسبت بافر

فرض کنید در حال ساخت محلول بافر آمونیوم (NH₄⁺و آمونیاک (NH₃). در این مثال، آمونیوم اسید ضعیف ما و آمونیاک باز مزدوج است. واکنش به شرح زیر است.

اگر pK_آ آمونیوم 9.3 است و pH آن 10 است. نسبت آمونیاک به آمونیوم باید به محلول اضافه شود؟

مشکل یک نسبت می خواهد، بنابراین ما به دنبال مقدار آن هستیم ، یا برای این محلول بافر خاص برای حل مشکل، با وارد کردن مقادیر شناخته شده – pH و pK شروع کنید_آ.

برای ساده کردن، از هر طرف 9.3 کم کنید

نسبتی که ما به دنبال آن هستیم در حد لگاریتمی است. برای خلاص شدن از شر لاگ ما می توانیم استفاده کنیم قوانین لگاریتمی برای ساده کردن

بنابراین، نسبت به دست آوردن محلول بافری با pH 10، حدود 5 برابر آمونیاک آمونیاک است.

تعیین PH

از معادله هندرسون- هاسلبالچ برای تعیین pH محلول بافری که از 0.15 مولار CH تشکیل شده است استفاده کنید.₃COO^– و 0.20 M CH₃COOH. pKa اسید استیک (CH₃COOH) 4.75 است.

برای حل این مثال، می‌خواهیم با معادله هندرسون- هاسلبالخ شروع کنیم، زیرا به حل بافر اسید ضعیف و باز مزدوج نگاه می‌کنیم.

سپس مقادیر شناخته شده را به معادله خود متصل کنید

سپس ساده و حل کنید

محلول بافر ما اسید استیک دارای pH 4.63 است.

محدودیت های معادله هندرسون- هاسلبالخ

1. هنگام استفاده از هندرسون- هاسلبالخ برای ساختن محلول بافر نسبت به [A^–]/[HA] باید نزدیک به یک باشد این پایدارترین راه حل را ایجاد می کند. هنگامی که نسبت از یک فاصله می گیرد، ظرفیت بافر محلول کاهش می یابد زیرا یک اختلال کوچک PH را به طور چشمگیری تغییر می دهد.
2. این معادله pH خود تفکیک آب را در نظر نمی گیرد. در غلظت های بسیار کم بافر، آب می تواند به pH کمک کند
3. اگر یک اسید بتواند به راحتی بیش از یک یون هیدرونیوم را جدا کند (H⁺) معادله آن را در نظر نمی گیرد و ممکن است به خوبی کار نکند.
4. عملاً هنگام ساخت بافرهای pH خاص، داشتن pK مهم است_آ نزدیک به pH هدف باشد تا بیشترین دامنه قابلیت بافر را داشته باشد.

حقایق جالب:

1. این معادله به نام لارنس جوزف هندرسون و کارل آلبرت هاسلبالخ نامگذاری شده است. هندرسون معادله اصلی را در سال 1908 ساخت. سپس در سال 1917 هاسلبالخ این فرمول را در اصطلاحات لگاریتمی و روشی که امروزه بیشتر دیده می شود، قرار داد.
2. معادله هندرسون- هاسلبالخ ارتباط بیولوژیکی مهمی دارد. بسیاری از نمونه های بیولوژیکی باید در pH خاصی نگهداری شوند. بنابراین، هنگامی که نمونه ها آماده می شوند، از معادله هندرسون- هاسلبالخ برای تهیه بافری استفاده می شود که به پروتئین ها و سایر مولکول های حساس به pH کمک می کند تا ساختار خود را حفظ کنند.
3. معادله را می توان برای pOH یک سیستم بافر نیز نوشت.

این [Conjugate Acid] همچنین به عنوان [HB⁺]. و [Weak Base] همچنین به عنوان [B]. سعی کنید درک خود را با بررسی استخراج نسخه pOH معادله بررسی کنید.