Il Equazione di Henderson-Hasselbalch è un'espressione matematica che consente il calcolo del pH di una soluzione tampone o tampone. Si basa sul pKa dell'acido e sulla relazione tra le concentrazioni della base coniugata o sale e l'acido, presente nella soluzione tampone..
L'equazione fu inizialmente sviluppata da Lawrence Joseph Henderson (1878-1942) nel 1907. Questo chimico stabilì i componenti della sua equazione sulla base dell'acido carbonico come tampone o tampone..
Successivamente, Karl Albert Hasselbalch (1874-1962) introdusse nel 1917 l'uso dei logaritmi per completare l'equazione di Henderson. Il chimico danese ha studiato le reazioni del sangue con l'ossigeno e l'effetto sul suo pH.
Una soluzione tampone è in grado di ridurre al minimo le variazioni di pH che una soluzione subisce aggiungendo un volume di acido o base forte. È costituito da un acido debole e dalla sua forte base coniugata che si dissocia rapidamente.
Indice articolo
Un acido debole in una soluzione acquosa si dissocia secondo la Legge dell'Azione di Massa, secondo il seguente schema:
HA + HDueO ⇌ H+ + PER-
HA è l'acido debole e A- la sua base coniugata.
Questa reazione è reversibile e ha una costante di equilibrio (Ka):
Ka = [H+] ·[PER-] / [HA]
Prendendo i logaritmi:
log Ka = log [H+] + Registro [A-] - log [HA]
Se ogni termine dell'equazione viene moltiplicato per (-1), viene espresso come segue:
- 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 corretta sostituzione, l'espressione matematica si riduce a:
pKa = pH - log [A-] + Registro [HA]
Risolvendo il pH e raggruppando i termini, l'equazione è espressa come segue:
pH = pKa + log [A-] / [HA]
Questa è l'equazione di Henderson-Hasselbalch per un tampone acido debole.
Allo stesso modo, una base debole può formare un buffer, e l'equazione di Henderson-Hasselbalch è la seguente:
pOH = pKb + log [HB] / [B-]
Tuttavia, la maggior parte delle soluzioni tampone sono originate, anche quelle di importanza fisiologica, dalla dissociazione di un acido debole. Pertanto, l'espressione più utilizzata per l'equazione di Henderson-Hasselbalch è:
pH = pKa + log [A-] / [HA]
L'equazione di Henderson-Hasselbalch indica che questa soluzione è composta da un acido debole e da una base coniugata forte espressa come sale. Questa composizione consente alla soluzione tampone di rimanere a un pH stabile anche quando vengono aggiunti acidi o basi forti..
Quando un acido forte viene aggiunto al tampone, reagisce con la base coniugata per formare un sale e acqua. Questo neutralizza l'acido e consente di ridurre al minimo la variazione del pH..
Ora, se si aggiunge una base forte al tampone, questa reagisce con l'acido debole e forma 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 dal rapporto tra le concentrazioni della base coniugata e dell'acido debole, e non dal valore assoluto delle concentrazioni di questi componenti. Una soluzione tampone può essere diluita con acqua e il pH sarà praticamente invariato.
La capacità tampone dipende anche dal pKa dell'acido debole, nonché dalle concentrazioni dell'acido debole e della base coniugata. Più il pH del tampone è vicino al pKa dell'acido, maggiore è la sua capacità tampone..
Allo stesso modo, maggiore è la concentrazione dei componenti della soluzione tampone, maggiore è la sua capacità tampone..
pH = pKa + log [CH3COO-] / [CH3COOH]
pKa = 4,75
pH = pKa + log [HCO3-] / [HDueCO3]
pKa = 6,11
Tuttavia, il processo complessivo che porta alla formazione dello ione bicarbonato in un organismo vivente è il seguente:
CODue + HDueO ⇌ HCO3- + H+
Essendo il CODue un gas, la sua concentrazione in soluzione è espressa in funzione della sua pressione parziale.
pH = pka + log [HCO3-] / α pCODue
α = 0,03 (mmol / L) / mmHg
pCODue è la pressione parziale di CODue
E quindi l'equazione sarebbe simile a:
pH = pKa + log [HCO3-] / 0,03 pCODue
pH = pKa + log [ione lattato] / [acido lattico]
pKa = 3,86
pH = pKa + log [fosfato bibasico] / [fosfato monobasico]
pH = pKa + log [HPO4Due-] / [HDuePO4-]
pKa = 6,8
pH = pKa + log [HbODue-] / [HHbODue]
pKa = 6,62
pH = pKa + log [Hb-] / HbH
pKa = 8,18
Il tampone fosfato è importante nella regolazione del pH del corpo, poiché il suo pKa (6.8) è vicino al pH esistente nel corpo (7.4). Quale sarà il valore della relazione [NaDueHPO4Due-] / [NaHDuePO4-] dell'equazione di Henderson-Hasselbalch per un valore di pH = 7,35 e un pKa = 6,8?
La reazione di dissociazione NaHDuePO4- è:
NaHDuePO4- (acido) ⇌ NaHPO4Due- (base) + H.+
pH = pKa + log [NaDueHPO4Due-] / [NaHDuePO4-]
Risolvendo il rapporto [base coniugata / acido] per il tampone fosfato, abbiamo:
7,35 - 6,8 = log [NaDueHPO4Due-] / [NaHDuePO4-]
0,535 = log [NaDueHPO4Due-] / [NaHDuePO4-]
100.535 = 10log [Na2HPO4] / [NaH2PO4]
3,43 = [NaDueHPO4Due-] / [NaHDuePO4-]
Un tampone acetato ha una concentrazione di acido acetico di 0,0135 M e una concentrazione di acetato di sodio di 0,0260 M. Calcola il pH del tampone, sapendo che il pKa per il tampone acetato è 4,75.
L'equilibrio di dissociazione per l'acido acetico è:
CH3COOH ⇌ CH3COO- + H+
pH = pKa + log [CH3COO-] / [CH3COOH]
Sostituendo i valori che abbiamo:
[CH3COO-] / [CH3COOH] = 0,0260 M / 0,0135 M
[CH3COO-] / [CH3COOH] = 1,884
log 1,884 = 0,275
pH = 4,75 + 0,275
pH = 5,025
Un tampone acetato contiene acido acetico 0,1 M e acetato di sodio 0,1 M. Calcolare il pH del tampone dopo aver aggiunto 5 mL di acido cloridrico 0,05 M a 10 mL della soluzione di cui sopra.
Il primo passo è calcolare la concentrazione finale dell'HCl quando miscelato con la soluzione tampone:
ViCi = VfCf
Cf = Vi · (Ci / Vf)
= 5 mL · (0,05 M / 15 mL)
= 0,017 M
L'acido cloridrico reagisce con l'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
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