Tabla de Contenidos
Henderson-Hasselbalch denklemi, bir tamponun, tamponun veya pH tampon çözeltisinin yaklaşık pH’ını çok hızlı ve kolay bir şekilde hesaplamak için kullanılan matematiksel bir formüldür . Bu denklem, bir eşlenik asit-baz çifti tarafından oluşturulan bir çözeltide asit-baz dengesinin tam çözümüne bir yaklaşımı temsil eder. Bu nedenle, biri zayıf bir asit ve onun eşlenik bazının tuzu tarafından oluşturulan tampon sistemleri için, diğeri ise zayıf bir baz ve onun eşlenik asidinin bir tuzu için olmak üzere iki farklı biçimde bulunur.
Zayıf asit/eşlenik baz tampon sistemi için Henderson-Hasselbalch denklemi
Zayıf bir asit ve onun eşlenik bazı durumunda, Henderson-Hasselbalch denklemi şu şekilde verilir:
burada pKa, zayıf asidin asitlik sabitinin negatif baz on logaritmasını temsil eder, C tuzu, tuzun analitik konsantrasyonudur ve C asidi , asidin analitik konsantrasyonudur. Analitik konsantrasyonlar ile, çözeltinin hazırlandığı ilk konsantrasyon kastedilmektedir.
Zayıf baz/eşlenik asit tampon sistemi için Henderson-Hasselbalch denklemi
Zayıf bir baz ve onun eşlenik asidinin tuzundan oluşan tampon sistemi durumunda, Henderson-Hasselbalch denklemi şu şekilde verilir:
burada pKb , C bazı ve C tuzu sırasıyla, zayıf bazın bazlık sabitinin on tabanlı logaritmasını, bunun analitik konsantrasyonunu ve eşlenik asidinin tuzunun analitik konsantrasyonunu temsil eder.
tampon nedir?
Tampon, zayıf bir asit ile zayıf bir bazın karışımından oluşan çözeltidir. Bu çözeltiler, güçlü asitler veya bazlar ekleyerek çözeltide meydana gelecek pH değişikliklerini tamponlama yeteneğine sahiptir. Bu, zayıf asit güçlü bazları nötralize edebildiğinden, zayıf baz ise asitleri nötralize edebildiğinden elde edilir.
Herhangi bir zayıf asit ile herhangi bir zayıf baz karışımı pH’ı bu şekilde düzenleyebilse de, hesaplamaları büyük ölçüde kolaylaştıran yalnızca bir iyonik denge olduğundan, tamponlar genellikle bir eşlenik asit-baz veya eşlenik baz/asit çifti kullanılarak hazırlanır.
Henderson-Hasselbalch denkleminin türetilmesi
Daha sonra, zayıf bir asit/eşlenik baz tampon sistemi için Henderson-Hasselbalch denkleminin türetilmesi sunulmaktadır. İkinci durum (zayıf baz/eşlenik asit) için denklem, zayıf asidin zayıf bazla, protonların hidroksit iyonlarıyla, eşlenik bazın eşlenik asitle, asitlik sabitinin bazlık sabitiyle ve pH’ın şu şekilde değiştirilmesiyle elde edilir: pOH.
Genel bir zayıf asit HA düşünün. Bu asit, aşağıdaki kimyasal dengeye göre ayrışır:
Denklemde görebileceğimiz gibi, HA asidinin eşlenik bazı, A – anyonudur . Bu türlerin denge konsantrasyonları arasındaki ilişki, bu özel durumda aşağıdaki matematiksel denklemle temsil edilen kütle eylemi yasası ile verilir:
parantez içindeki tüm türler, denge durumundaki ilgili molar konsantrasyonları temsil eder. Bu denklemi yeniden düzenleyerek aşağıdaki ifadeyi elde ederiz:
Şimdi, on tabanlı logaritmayı denklemin her iki tarafına uygulayarak ve ardından logaritmaların özelliklerini uygulayarak, bu denklem şöyle olur:
burada log(1/a) = – log(a) ve log(ab) = log(a) + log(b) ilişkilerini kullanıyoruz. Denklemin sağ tarafındaki ilk terim pKa’yı temsil ederken, soldaki terim pH’tan başka bir şey değildir , böylece elde edilir:
Bu, Henderson-Hasselbalch denklemine çok benziyor, ancak yine de aynı değil, çünkü bu denklemdeki konsantrasyonlar ayrışmamış asit ve eşlenik bazın denge konsantrasyonlarıyken, son denklem konsantrasyonları ilgili analitiği gösteriyor.
Şimdi, M’nin metal katyon olduğu MA olarak temsil edeceğimiz eşlenik bazın sodyum veya potasyum tuzunu ele alalım. Bu tuzlar, aşağıdaki denkleme göre suda tamamen ayrışan güçlü elektrolitlerdir:
Gördüğünüz gibi, C tuzunun analitik konsantrasyonunu çözersek , güçlü bir elektrolit olduğundan ve her şey ayrıştığından, aynı miktarda A anyonu üretilecektir . Bu anyon, zayıf asidin dengesinde bulunanla aynıdır, bu nedenle tuzdaki varlığı, ortak iyon etkisine sahiptir. Bu etki, tuzun varlığında zayıf asidin ayrışması analiz edilirken gözlemlenebilir:
Ortak iyonun etkisi, asidin dengesinin ürünlere doğru ilerlememesine veya reaktanlara doğru hareket etmesine neden olur (bunun zayıf bir asit olduğunu unutmayın, bu da kendi başına ayrışma eğiliminin çok az olduğu anlamına gelir). Bu koşullar altında, ayrışan HA miktarının, başlangıçtaki HA ve A – konsantrasyonlarına kıyasla çok küçük olduğunu varsayabiliriz . Bu nedenle, bu iki türün denge konsantrasyonlarını asit ve tuzun analitik konsantrasyonlarına yaklaştırabiliriz, yani:
Her iki yaklaşımı da pH formülüne yerleştirerek, Henderson-Hasselbalch denklemi elde edilir.
Henderson-Hasselbalch denkleminin kullanım örnekleri
Örnek 1: Asetik asidin asitlik sabitinin 1.75.10-5 olduğunu bilerek eşmolar asetik asit ve sodyum asetat karışımı içeren bir tampon çözeltinin pH’ını belirleyin .
Bu sistem, eşlenik bazının bir tuzu ile zayıf bir asit tamponuna karşılık gelir, dolayısıyla bu durumda, pH’ı hesaplamak için Henderson-Hasselbalch denkleminin ilk biçimi kullanılır. Bu durumda denge:
Eşmolar bir karışım olduğu belirtildiği için C asidi = C tuzu = C olduğunu da biliyoruz , bu nedenle:
Örnek 2: Amonyağın bazlık sabitinin 1.8.10-5 olduğunu bilerek, 0,3 M amonyak ve 0,5 M amonyum klorür içeren bir tampon çözeltinin pH’ını belirleyin .
Bu, bir öncekinin tam tersi bir durumdur. Bu tampon, denge denklemi olan eşlenik asidinin bir tuzu ile zayıf bir baza karşılık gelir:
Henderson-Hasselbalch denkleminin ikinci biçimi kullanılarak pOH belirlenebilir ve ardından pH hesaplanır:
Henderson-Hasselbalch denkleminin sınırlamaları
Henderson-Hasselbalch denklemi çok pratik bir denklemdir ve iki örnekte görüldüğü gibi kullanımı çok kolaydır, ancak yaklaşık bir denklem olduğu için sınırlamaları vardır. Başlangıç olarak, bu denklem yalnızca konjuge asit/baz çiftinin toplam konsantrasyonu çok düşük olmadığında geçerlidir.
Tampon konsantrasyonu 10-6 veya 10-7’ye yakınsa , suyun iyonik dengesi dikkate alınmalıdır ve Henderson-Hasselbalch denklemi artık geçerli değildir.
Diğer gerekli koşul, asidin ayrışma derecesinin veya bazın protonlanma derecesinin minimum olmasıdır (önceki denklemlerde x’i ihmal etmek için). Asit veya bazın konsantrasyonu, eşlenik çiftininkinden çok daha azsa veya tersi ise, bu koşul karşılanmaz ve denklem bir kez daha geçersiz olur.
Genel bir kılavuz olarak, en doğru hesaplama için asit veya baz ve tuzlarının konsantrasyonları birden fazla büyüklük sırasına göre farklılık göstermemelidir.
Referanslar
Chang, R. (2021). Kimya (11. baskı ). MCGRAW HILL EĞİTİMİ.
Fores-Novales, B., Diez-Fores, P., & Aguilera-Celorrio, L. (2016). Asit-baz dengesinin değerlendirilmesi. Stewart’ın yönteminin katkıları. İspanyol Anesteziyoloji ve Resüsitasyon Dergisi , 63 (4), 212–219. https://www.elsevier.es
Henderson-Hasselbalch denklemi . (son). Khan Akademisi. https://www.khanacademy.org/science/ap-chemistry-beta/x2eef969c74e0d802:acids-and-bases/x2eef969c74e0d802:buffers/v/hendersonhasselbalch-equation
Henderson-Hasselbalch Denklemi–MCAT Fiziksel . (son). Üniversite Öğretmenleri. https://www.varsitytutors.com/mcat_physical-help/henderson-hasselbalch-equation
Serbest metinler. (2020, 24 Ağustos). Henderson-Hasselbach Denklemi . Kimya LibreTexts. https://chem.libretexts.org/Ancillary_Materials/Reference/Organic_Chemistry_Glossary/Henderson-Hasselbach_Equation
Skoog, D. (2021). Analitik Kimya (7. baskı ). MCGRAW HILL EĞİTİMİ.
