- Spiegazione
- Sviluppo matematico
- Equazione per una base debole
- Come funziona un buffer?
- Azione di smorzamento
- Capacità tampone
- Esempi di equazioni di Henderson
- Ammortizzatore in acetato
- Assorbitore di acido carbonico
- Tampone lattato
- Tampone fosfato
- oxyhemoglobin
- deoxyhemoglobin
- Esercizi risolti
- Esercizio 1
- Esercizio 2
- Esercizio 3
- Riferimenti
L' 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 sul rapporto 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 basati sull'acido carbonico come tampone o tampone.
Equazione di Henderson-Hasselbalch. Fonte: Gabriel Bolívar.
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 subite da una soluzione aggiungendo un volume di acido forte o base forte. È costituito da un acido debole e dalla sua forte base coniugata che si dissocia rapidamente.
Spiegazione
Sviluppo matematico
Un acido debole in una soluzione acquosa si dissocia secondo la Legge dell'Azione di Massa, secondo il seguente schema:
HA + H 2 O ⇌ H + + A -
HA è l'acido debole e A - la sua base coniugata.
Questa reazione è reversibile e ha una costante di equilibrio (Ka):
Ka = · /
Prendendo i logaritmi:
log Ka = log + log - log
Se ogni termine dell'equazione viene moltiplicato per (-1), viene espresso nella forma seguente:
- log Ka = - log - log + log
-Log Ka è definito come pKa e -log è definito come pH. Dopo aver effettuato la corretta sostituzione, l'espressione matematica si riduce a:
pKa = pH - log + log
Risolvendo il pH e raggruppando i termini, l'equazione è espressa come segue:
pH = pKa + log /
Questa è l'equazione di Henderson-Hasselbalch per un tampone acido debole.
Equazione per una base debole
Allo stesso modo, una base debole può formare un buffer, e l'equazione di Henderson-Hasselbalch è la seguente:
pOH = pKb + log /
Tuttavia, la maggior parte dei tamponi ha origine, anche quelli di importanza fisiologica, dalla dissociazione di un acido debole. Pertanto, l'espressione più utilizzata per l'equazione di Henderson-Hasselbalch è:
pH = pKa + log /
Come funziona un buffer?
Azione di smorzamento
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 al 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.
Capacità tampone
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 si avvicina al pKa dell'acido, maggiore è la sua capacità tamponante.
Inoltre, maggiore è la concentrazione dei componenti della soluzione tampone, maggiore è la sua capacità tampone.
Esempi di equazioni di Henderson
Ammortizzatore in acetato
pH = pKa + log /
pKa = 4,75
Assorbitore di acido carbonico
pH = pKa + log /
pKa = 6,11
Tuttavia, il processo complessivo che porta alla formazione dello ione bicarbonato in un organismo vivente è il seguente:
CO 2 + H 2 O ⇌ HCO 3 - + H +
Poiché la CO 2 è un gas, la sua concentrazione in soluzione è espressa in funzione della sua pressione parziale.
pH = pka + log / αpCO 2
α = 0,03 (mmol / L) / mmHg
pCO 2 è la pressione parziale di CO 2
E poi l'equazione sarebbe simile a:
pH = pKa + log / 0,03 pCO 2
Tampone lattato
pH = pKa + log /
pKa = 3,86
Tampone fosfato
pH = pKa + log /
pH = pKa + log /
pKa = 6,8
oxyhemoglobin
pH = pKa + log /
pKa = 6,62
deoxyhemoglobin
pH = pKa + log / HbH
pKa = 8,18
Esercizi risolti
Esercizio 1
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 / dell'equazione di Henderson-Hasselbalch per un valore di pH = 7,35 e un pKa = 6,8?
La reazione di dissociazione di NaH 2 PO 4 - è:
NaH 2 PO 4 - (acido) ⇌ NaHPO 4 2- (base) + H +
pH = pKa + log /
Risolvendo la relazione per il tampone fosfato, abbiamo:
7.35 - 6.8 = log /
0,535 = log /
10 0,535 = 10 log /
3,43 = /
Esercizio 2
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:
CH 3 COOH ⇌ CH 3 COO - + H +
pH = pKa + log /
Sostituendo i valori che abbiamo:
/ = 0,0260 M / 0,0135 M
/ = 1.884
log 1,884 = 0,275
pH = 4,75 + 0,275
pH = 5,025
Esercizio 3
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 precedente.
Il primo passo è calcolare la concentrazione finale dell'HCl quando miscelato con il 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
Riferimenti
- Whitten, Davis, Peck e Stanley. (2008). Chimica (8 ° ed.). CENGAGE Apprendimento.
- Jimenez Vargas e J. Mª Macarulla. (1984). Fisicochimica fisiologica. 6a edizione. Editoriale Interamericana.
- Wikipedia. (2020). Equazione di Henderson-Hasselbalch. Estratto da: en.wikipedia.org
- Gurinder Khaira e Alexander Kot. (05 giugno 2019). Approssimazione di Henderson-Hasselbalch. Chemistry LibreTexts. Recupero da: chem.libretexts.org
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (29 gennaio 2020). Henderson Hasselbalch Equation Definition. Estratto da: thoughtco.com
- The Editors of Encyclopaedia Britannica. (6 febbraio 2020). Lawrence Joseph Henderson. Encyclopædia Britannica. Estratto da: britannica.com