ヘンダーソン・ハッセルバルヒ方程式|化学

コアコンセプト

このチュートリアルでは、Henderson-Hasselbalch 式とは何か、この式を使用してバッファーの pH を決定する方法、式を導出する方法、およびいくつかの例の問題を解決する方法について学習します

ヘンダーソン・ハッセルバルヒ式は、緩衝系の pH を決定するために使用されます。

Ka は酸解離定数、pKa は Ka の負の対数 . [共役塩基]は一般的に[A-]とも表記されます。そして【弱酸】は【HA】と見られることもあります。これらの値は平衡濃度を表しています。

酸と共役塩基の濃度が同じ場合、pH は pKa と同じになります。 log(1) =0.

[HA] =[A] の場合

Henderson-Hasselbalch 式は、Ka から導出できます。弱酸の。ここで、弱酸 HA とその共役塩基 A があると仮定します。水中では、次の解離が起こります:

したがって、酸解離定数は次のように定義されます

に再配置できます

次に、両側のログを取ります

-1 を掛けて、次のステップで pH を代入できるようにします。

pH =-log [H₃ の定義に基づく O] 式に代入できます

次に、対数規則を使用して右辺を単純化します

その pKa を知る =-log(Ka )、それを前の方程式に代入して、ヘンダーソン・ハッセルバルヒ方程式に到達できます

アンモニウム (NH₄ ) とアンモニア (NH₃ ）。この例では、アンモニウムが弱酸で、アンモニアが共役塩基です。反応は次のとおりです。

pKa の場合アンモニアの 9.3 は 9.3 で、pH 10 が必要です。アンモニアとアンモニウムの比率はどれくらいですか?

この問題は比率を要求するので、次の値を探しています。、またはこの特定の緩衝液について。この問題を解決するには、既知の値 (pH と pKa) を入力することから始めます。 .

各辺から 9.3 を引いて単純化します

探している比率は、対数項内にあります。ログを取り除くために、対数規則を使用して単純化できます。

したがって、この比率は、pH 10 の緩衝液を得るために、アンモニウムとしてのアンモニアの量の約 5 倍です。

Henderson-Hasselbalch 式を使用して、0.15 M CH₃ からなる緩衝液の pH を決定します。 COO と 0.20 M CH₃ COOH。酢酸 (CH₃ COOH) は 4.75 です。

この例の問題を解決するには、弱酸と共役塩基の緩衝液を検討しているため、Henderson-Hasselbalch 方程式から始めたいと思います。

次に、既知の値を方程式に代入します

次に、単純化して解決します

酢酸緩衝液の pH は 4.63 です。

Henderson-Hasselbalch を使用して緩衝液を作成する場合、[A]/[HA] の比率は 1 に近くなければなりません。これにより、最も安定したソリューションが得られます。比率が 1 から大きく離れると、わずかな外乱によって pH が劇的に変化するため、溶液を緩衝する能力が低下します。
この pH 方程式は、水の自己解離を説明していません。非常に低濃度の緩衝液では、水が pH に寄与する可能性があります
酸が複数のヒドロニウムイオン (H) を容易に解離できる場合、式はそれを説明できず、うまく機能しない可能性があります。
実際に特定の pH バッファーを作成する場合、pKa を持つことが重要です。目標の pH に近く、緩衝能力の範囲が最大になります。

この方程式は、ローレンスジョセフヘンダーソンとカールアルバートハッセルバルヒにちなんで名付けられました。ヘンダーソンは 1908 年に元の方程式を作成しました。その後、1917 年にハッセルバルヒがその公式を対数項に変換し、今日最もよく見られる方法にしました。
Henderson-Hasselbalch 方程式は、重要な生物学的関連性を持っています。多くの生物学的サンプルは、特定の pH に保つ必要があります。そのため、サンプルが準備されると、ヘンダーソン-ハッセルバルヒ式を使用して、タンパク質やその他の pH に敏感な分子が構造を維持するのに役立つバッファーが準備されます。
この方程式は、緩衝系の pOH についても書くことができます。

[共役酸]は[HB]とも呼ばれます。そして【弱体】は【B】とも呼ばれる。式の pOH バージョンの導出を行って、理解度をチェックしてみてください。