Εξίσωση Henderson Hasselbalch

Η εξίσωση Henderson-Hasselbalch είναι μια χημική και βιολογική εξίσωση για τον προσδιορισμό του pH του διαλύματος. Όσον αφορά το pH των διαλυμάτων, pKa  / pKb και τις συγκεντρώσεις των αντιδρώντων ειδών, αντιπροσωπεύονται όλα από αυτήν την εξίσωση (pH =pKa  + log10  ([A–]/[HA])). Για τη μέτρηση του pH του ρυθμιστικού συστήματος διττανθρακικών εντός του αίματος, ο Αμερικανός βιολόγος L. J. Henderson και ο Σουηδός φυσιολόγος K. A. Hasselbalch εξήγαγαν χωριστά αυτήν την εξίσωση.

Για πάνω από έναν αιώνα, αυτή η μορφή κινητικής ανάλυσης μας επέτρεψε να συνδέσουμε θεωρητικά τις παραλλαγές εντός της όξινης ισχύος των αραιωμένων διαλυμάτων με την ποσότητα οξέος και βάσης που παρέχεται ή αποσύρεται.

Αυτή η εξίσωση χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της ποσότητας οξέος και της συζυγούς βάσης που απαιτείται για τη δημιουργία ενός ρυθμιστικού διαλύματος ουδέτερου pH.

Στόχοι

Τα ακόλουθα σημεία εξηγούν τη σημασία της εξίσωσης Henderson Hasselbalch. Ρίξτε μια ματιά:

• Ανάλογα με την αρχική αναλογία του οξέος, η εξίσωση Henderson Hasselbalch βοηθά στον προσδιορισμό του pH, pOH, [H3O+]tot, [OH-]tot, [H3O+] νερό, &[OH-]νερό σε διάλυμα που περιέχει ισχυρό οξύ (βάση).

• Η εξίσωση Henderson Hasselbalch εξηγεί ότι ένα ρυθμιστικό διάλυμα (είτε όξινο είτε βασικό) μπορεί να αντέξει σημαντικές αλλαγές pH εάν εισαχθεί μια μέτρια ποσότητα οξέος ή βάσης.

• Η εξίσωση περιγράφει τον τρόπο παρασκευής ενός όξινου και ενός βασικού ρυθμιστικού διαλύματος.

• Εξηγεί τι είναι η "λύση buffer".

• Ορίζει τον όρο "χωρητικότητα buffer".

• Δεδομένης της τιμής του Ka  &Kb των συζευγμένων ζευγών οξέος-βάσης, η εξίσωση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να υπολογιστεί εάν ένα υδατικό διάλυμα που περιέχει αλάτι θα είναι όξινο, βασικό ή ουδέτερο.

• Εξηγεί πόσο καλά μπορούν να προσδιοριστούν οι σχετικές αντοχές μεταξύ συζευγμένων οξέων ή βάσεων χρησιμοποιώντας τους αριθμούς Kb και Ka για βάσεις και οξέα, αντίστοιχα.

• Η εξίσωση Henderson Hasselbalch προσδιορίζει την κατάσταση πρωτονίωσης πολλών λειτουργικών ομάδων βιομορίων.

Εξίσωση

Η μέθοδος για την αναπαράσταση της εξίσωσης Henderson Hasselbalch:

pH =pKa  + log10  ([A–]/[HA])

όπου pKa=σταθερά διάστασης οξέος

Εφαρμογές της εξίσωσης Henderson Hasselbalch

Χρήση pKa για τον υπολογισμό του pH ενός διαλύματος

Αυτός ο τύπος μπορεί να υπολογίσει το pH διαφόρων διαλυμάτων σε χημικές εξισώσεις και βιολογικά συστήματα, όπως οι κυτταρικές πρωτεΐνες. Ομοίως,

pOH=pKb+log([άλας]/[βάση])

Υπολογίζονται οι χημικές ιονισμένες και μη ιονισμένες συγκεντρώσεις.

Η ικανότητα προσδιορισμού των ποσοτήτων ιονισμένων και μη ιονισμένων ενώσεων είναι μία από τις πιο ισχυρές χρήσεις της εξίσωσης Henderson Hasselbalch. Οι φασματοσκοπικές τεχνικές μετρούν την ποσότητα ιονισμένων και ιονισμένων ειδών. Ως εκ τούτου, αυτή η εξίσωση είναι επωφελής όταν δεν είναι δυνατές οι φασματοσκοπικές έρευνες. Η γνώση της συγκέντρωσης ιονισμένων και μη ιονισμένων ουσιών είναι ζωτικής σημασίας στην οργανική χημεία, την αναλυτική χημεία ή τις ιατρικές επιστήμες.

Χρήση pH για τον υπολογισμό του pKa ενός διαλύματος

Όποτε δίνεται η αναλογία ιονισμένων και μη ιονισμένων μορίων και το pH του διαλύματος, η εξίσωση Henderson Hasselbalch μπορεί να υπολογίσει το pKa.

Προσδιορισμός διαλυτότητας

Η εξίσωση Henderson Hasselbalch μπορεί να εκτιμήσει την εξάρτηση του pH της διαλυτότητας. Η διαλυτότητα ενός διαλύματος μπορεί να υπολογιστεί με βάση το pH του και υπάρχει ισχυρός δεσμός μεταξύ του pH και της διαλυτότητας διαφορετικών συστατικών σε ένα διάλυμα.

Υπολογισμός του ισοηλεκτρικού σημείου μιας πρωτεΐνης

Αυτός ο τύπος μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να υπολογίσει το ισοηλεκτρικό σημείο μιας πρωτεΐνης.

Περιορισμοί

• Το πιο σημαντικό συμπέρασμα σε αυτήν την εξίσωση είναι ότι η ισορροπία, τόσο η συγκέντρωση οξέος όσο και η συζευγμένη βάση του, θα παρέμεναν σταθερές.

• Η σημασία της υδρόλυσης του νερού και ο αντίκτυπός της στο pH ολόκληρου του διαλύματος συχνά παραβλέπεται.

• Ομοίως, δεν λαμβάνεται υπόψη η υδρόλυση της διάστασης βάσης και οξέος.

• Όταν έχουμε να κάνουμε με ισχυρά οξέα ή βάσεις, ο ισχυρισμός που γίνεται μέσα στην εξίσωση μπορεί να αποτύχει.

Συμπέρασμα

Επειδή η σημασία της εξίσωσης Henderson Hasselbalch είναι να διδάξει την οξεοβασική ισορροπία, τραβάει περισσότερη προσοχή σε μαθήματα γενικής, ποσοτικής και βιοχημείας. Η εξίσωση μπορεί να αναλύσει καμπύλες τιτλοδότησης, δυσκολίες buffer και διάφορες άλλες σχετικές έννοιες. Ο Lawrence Henderson ήταν ο πρώτος που επινόησε έναν τύπο για τον υπολογισμό του pH ενός ρυθμιστικού διαλύματος το 1908, και ως αποτέλεσμα, η εξίσωση του Henderson χρησιμοποιήθηκε ευρέως. Ο Karl Hasselbalch αναθεώρησε τον τύπο το 1917 για να τον μετατρέψει σε εκθετικές τιμές. Η φόρμουλα Henderson Hasselbalch γεννήθηκε ως αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας.