Tabla de Contenidos
Phương trình Henderson-Hasselbalch là một công thức toán học được sử dụng để tính toán, rất nhanh chóng và dễ dàng, độ pH gần đúng của dung dịch đệm, dung dịch đệm hoặc dung dịch đệm pH . Phương trình này đại diện cho một giải pháp gần đúng của trạng thái cân bằng axit-bazơ trong dung dịch được tạo thành bởi một cặp axit-bazơ liên hợp. Do đó, nó tồn tại ở hai dạng khác nhau, một dạng dành cho hệ đệm được hình thành bởi một axit yếu và muối của bazơ liên hợp của nó, và dạng khác dành cho bazơ yếu và muối của axit liên hợp với nó.
Phương trình Henderson-Hasselbalch cho hệ đệm axit yếu/bazơ liên hợp
Trong trường hợp axit yếu và bazơ liên hợp của nó, phương trình Henderson-Hasselbalch được cho bởi:
trong đó pK a đại diện cho logarit bazơ âm mười của hằng số axit của axit yếu, muối C là nồng độ phân tích của muối và axit C là nồng độ phân tích của axit. Theo nồng độ phân tích có nghĩa là nồng độ ban đầu mà dung dịch được chuẩn bị.
Phương trình Henderson-Hasselbalch cho hệ đệm axit liên hợp/bazơ yếu
Trong trường hợp hệ đệm được hình thành bởi bazơ yếu và muối của axit liên hợp với nó, phương trình Henderson-Hasselbalch được cho bởi:
trong đó pK b , bazơ C và muối C lần lượt biểu thị logarit bazơ 10 của hằng số bazơ của bazơ yếu, nồng độ phân tích của nó và nồng độ phân tích của muối của axit liên hợp với nó.
Bộ đệm là gì?
Dung dịch đệm là dung dịch được tạo bởi hỗn hợp giữa axit yếu và bazơ yếu. Các dung dịch này có khả năng đệm cho sự thay đổi độ pH sẽ xảy ra trong dung dịch bằng cách thêm axit hoặc bazơ mạnh. Điều này đạt được vì axit yếu có khả năng trung hòa bazơ mạnh, trong khi bazơ yếu có khả năng trung hòa axit.
Mặc dù bất kỳ hỗn hợp nào của bất kỳ axit yếu nào với bất kỳ bazơ yếu nào đều có thể điều chỉnh pH theo cách này, các dung dịch đệm thường được điều chế bằng cách sử dụng axit-bazơ liên hợp hoặc cặp bazơ/axit liên hợp, vì chỉ có một cặp axit-bazơ liên hợp tham gia theo cách này. cân bằng ion tạo điều kiện thuận lợi cho việc tính toán.
Nguồn gốc của phương trình Henderson-Hasselbalch
Tiếp theo, đạo hàm của phương trình Henderson-Hasselbalch cho hệ đệm axit/bazơ liên hợp yếu được trình bày. Phương trình cho trường hợp thứ hai (bazơ yếu/axit liên hợp) thu được bằng cách thay thế axit yếu bằng bazơ yếu, các proton bằng các ion hydroxit, bazơ liên hợp bằng axit liên hợp, hằng số axit bằng hằng số tính bazơ và pH bằng pOH.
Hãy xem xét một axit yếu chung HA. Axit này phân ly theo cân bằng hóa học sau:
Như chúng ta có thể thấy trong phương trình, bazơ liên hợp của axit HA là anion A – . Mối quan hệ giữa nồng độ cân bằng của các loài này được đưa ra bởi định luật tác dụng khối lượng, trong trường hợp cụ thể này, được biểu diễn bằng phương trình toán học sau:
trong đó tất cả các loài trong ngoặc đại diện cho nồng độ mol tương ứng ở trạng thái cân bằng. Sắp xếp lại phương trình này, chúng ta thu được biểu thức sau:
Bây giờ, áp dụng logarit cơ số 10 cho cả hai vế của phương trình và sau đó áp dụng các tính chất của logarit, phương trình này trở thành:
nơi chúng tôi sử dụng quan hệ log(1/a) = – log(a) và log(ab) = log(a) + log(b). Số hạng bên trái không gì khác hơn là độ pH, trong khi số hạng đầu tiên ở vế phải của phương trình biểu thị pK a , do đó thu được:
Điều này trông rất giống với phương trình Henderson-Hasselbalch, nhưng vẫn không giống nhau, vì nồng độ trong phương trình này là nồng độ cân bằng của axit không phân ly và bazơ liên hợp trong khi phương trình cuối cùng cho thấy nồng độ phân tích tương ứng.
Bây giờ chúng ta hãy xem xét một muối natri hoặc kali của bazơ liên hợp, mà chúng ta sẽ biểu diễn là MA, trong đó M là cation kim loại. Các muối này là chất điện li mạnh, phân li hoàn toàn trong nước theo phương trình sau:
Như bạn có thể thấy, nếu chúng ta hòa tan nồng độ phân tích của muối C muối , vì nó là chất điện ly mạnh và mọi thứ đều phân ly, thì cùng một lượng anion A – sẽ được tạo ra . Anion này cũng chính là anion có trong trạng thái cân bằng của axit yếu, vì vậy sự hiện diện của nó trong muối có tác dụng của ion chung. Hiệu ứng này có thể được quan sát thấy khi phân tích sự phân ly của axit yếu với sự có mặt của muối:
Tác dụng của ion chung làm cho trạng thái cân bằng của axit không chuyển sang sản phẩm hoặc chuyển sang chất phản ứng (hãy nhớ rằng nó là một axit yếu, nghĩa là bản thân nó ít có xu hướng phân ly). Trong những điều kiện này, chúng ta có thể giả định rằng lượng HA phân ly là rất nhỏ so với nồng độ ban đầu của HA và A – . Vì lý do này, chúng ta có thể xấp xỉ nồng độ cân bằng của hai loài này với nồng độ phân tích của axit và muối, đó là:
Thay cả hai giá trị gần đúng vào công thức pH, ta thu được phương trình Henderson-Hasselbalch.
Ví dụ về việc sử dụng phương trình Henderson-Hasselbalch
Ví dụ 1: Xác định pH của dung dịch đệm chứa hỗn hợp đồng phân mol axit axetic và natri axetat, biết hằng số axit của axit axetic là 1,75.10 -5 .
Hệ thống này tương ứng với một chất đệm axit yếu với muối của bazơ liên hợp của nó, vì vậy trong trường hợp này, dạng đầu tiên của phương trình Henderson-Hasselbalch được sử dụng để tính độ pH. Cân bằng trong trường hợp này là:
Chúng ta cũng biết rằng axit C = C muối = C vì nó được chỉ ra rằng nó là một hỗn hợp cân bằng, do đó:
Ví dụ 2: Xác định pH của dung dịch đệm chứa amoniac 0,3 M và amoni clorua 0,5 M, biết rằng hằng số bazơ của amoniac là 1,8.10 -5 .
Đây là trường hợp ngược lại với trường hợp trước. Bộ đệm này tương ứng với một bazơ yếu với muối của axit liên hợp của nó có phương trình cân bằng là:
Sử dụng dạng thứ hai của phương trình Henderson-Hasselbalch, pOH có thể được xác định và sau đó tính độ pH:
Hạn chế của phương trình Henderson-Hasselbalch
Phương trình Henderson-Hasselbalch là một phương trình rất thực tế và, như đã thấy trong hai ví dụ, rất dễ sử dụng, tuy nhiên, là một phương trình gần đúng nên nó có những hạn chế. Để bắt đầu, phương trình này chỉ áp dụng khi tổng nồng độ của cặp axit/bazơ liên hợp không quá thấp.
Nếu nồng độ đệm gần bằng 10 -6 hoặc 10 -7 , thì phải tính đến cân bằng ion của nước và phương trình Henderson-Hasselbalch không còn giá trị.
Điều kiện cần thiết khác là mức độ phân ly của axit hoặc proton của bazơ là nhỏ nhất (để bỏ qua x trong các phương trình trước). Nếu nồng độ của axit hoặc bazơ nhỏ hơn nhiều so với nồng độ của cặp liên hợp của nó hoặc ngược lại, thì điều kiện này không được đáp ứng và phương trình một lần nữa không hợp lệ.
Theo hướng dẫn chung, nồng độ của axit hoặc bazơ và muối của nó không được khác nhau nhiều hơn một bậc độ lớn để tính toán chính xác nhất.
Người giới thiệu
Chang, R. (2021). Hóa học ( tái bản lần thứ 11 .). GIÁO DỤC MCGRAW HILL.
Fores-Novales, B., Diez-Fores, P., & Aguilera-Celorrio, L. (2016). Đánh giá cân bằng axit-bazơ. Đóng góp của phương pháp Stewart. Tạp chí Gây mê và Hồi sức Tây Ban Nha , 63 (4), 212–219. https://www.elsevier.es
Phương trình Henderson–Hasselbalch . (nd). Học viện Khan. https://www.khanacademy.org/science/ap-chemology-beta/x2eef969c74e0d802:acids-and-bases/x2eef969c74e0d802:buffers/v/hendersonhasselbalch-equation
Phương trình Henderson-Hasselbalch–MCAT Vật lý . (nd). Gia sư Varsity. https://www.varsitytutors.com/mcat_physical-help/henderson-hasselbalch-equation
Các văn bản miễn phí. (2020, ngày 24 tháng 8). Phương trình Henderson–Hasselbach . Hóa học LibreTexts. https://chem.libretexts.org/Ancillary_Materials/Reference/Organic_Chemistry_Glossary/Henderson-Hasselbach_Equation
Skoog, D. (2021). Hóa học phân tích ( tái bản lần thứ 7 .). GIÁO DỤC MCGRAW HILL.
