The Henderson-Hasselbalch equation

The Henderson-Hasselbalch equation is used mostly to calculate pH of solutions created mixing known amounts of acids and conjugate bases (or neutralizing part of acid with a strong base). For example, what is the pH of a solution prepared mixing reagents so that it contains 0.1 M of acetic acid and 0.05 M NaOH? Half of the acid is neutralized, so concentrations of acid and conjugate base are identical, thus the quotient under logarithm is 1, the logarithm is 0 and pH=pKa.

This approach - while perfectly justifiable in many cases - is dangerous, as it creates false conviction that the equation can be used this way always. That's not true.

The Henderson-Hasselbalch equation is valid when it contains equilibrium concentrations of an acid and a conjugate base. In the case of solutions containing not-so-weak acids (or not-so-weak bases) equilibrium concentrations can be far from those predicted by the neutralization stoichiometry.

Let's replace the acetic acid from our example with something stronger - e.g. dichloroacetic acid, with pKa=1.5. Repeating the same resoning we used earlier we will arrive at pH=1.5 - which is wrong. The proper pH value can be calculated from the equation 11.13 or using the pH calculator - and it is 1.78. The reason is simple. The dichloroacetic acid is strong enough to dissociate on its own and equilibrium concentrations of the acid and conjugate base are not 0.05 M (as we expected from the neutralization reaction stoichiometry) but 0.0334 M and 0.0666 M respectively.

As a rule of thumb you may remember that acids with pKa below 2.5 dissociate too easily and use of the Henderson-Hasselbalch equation for pH prediction can give wrong results, especially in the case of diluted solutions. For solutions above 10 mM and acids weaker than pKa>=2.5, the Henderson-Hasselbalch equation gives results with acceptable error. The same holds for bases with pKb>=2.5. However, the same equation will work perfectly regardless of the pKa value if you are asked to calculate a ratio of the acid to conjugate base in the solution with a known pH.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ใช้สมการ Henderson Hasselbalch ส่วนใหญ่จะคำนวณค่า pH ของโซลูชั่นที่สร้างผสมกรดจำนวนทราบ และสังยุคฐาน (หรือขจัดของกรดมีฐานแข็งแกร่ง) เช่น คือค่า pH ของสารละลายเตรียมสารผสมนั้นประกอบด้วยกรดซิตริก 0.1 M และ 0.05 M NaOH ครึ่งหนึ่งของกรดเป็น neutralized ได้ ดังนั้นความเข้มข้นของกรดและ conjugate พื้นฐานจะเหมือนกัน ดังนั้นผลหารใต้ลอการิทึม 1 ลอการิทึมเป็น 0 และค่า pH = pKaวิธีนี้ - ในขณะที่อันสมควรอย่างในหลายกรณี - ไม่เป็นอันตราย เป็นเท็จสร้าง ความเชื่อมั่นที่สมการสามารถใช้วิธีนี้เสมอ ที่ไม่เป็นความจริงสมการ Henderson Hasselbalch ถูกต้องเมื่อประกอบด้วยความเข้มข้นที่สมดุลของกรดมีและฐาน conjugate ในกรณีที่มีส่วนประกอบกรดไม่ให้อ่อนแอ (หรือไม่เพื่อให้อ่อนแอฐาน) ความเข้มข้นที่สมดุลสามารถไกลผู้ทำนาย โดย stoichiometry ปฏิกิริยาสะเทินลองเปลี่ยนกรดอะซิติกจากตัวอย่างกับสิ่งที่แข็งแกร่ง - เช่น dichloroacetic กรด มี pKa = 1.5 ทำซ้ำ resoning เดียวที่เราใช้เราจะมาถึงที่ pH = 1.5 - ไม่ถูกต้อง ค่า pH ที่เหมาะสมสามารถคำนวณได้จากสมการที่ 11.13 หรือใช้เครื่องคิดเลขค่า pH - และมันเป็น 1.78 เหตุผลคือง่าย กรด dichloroacetic แข็งแรงพอที่จะแยกตัวออกของตัวเอง และความเข้มข้นที่สมดุลของกรดและ conjugate ฐานจะไม่เท่ากับ 0.05 M (ตามที่เราคาดหวังจากการปฏิกิริยาสะเทินปฏิกิริยา stoichiometry) แต่ 0.0334 M และ 0.0666 M ตามลำดับเป็นกฎง่ายๆ ที่คุณอาจจำว่า กรด มี pKa ด้านล่าง 2.5 แยกตัวออกได้อย่างง่ายดาย และใช้สมการ Henderson Hasselbalch สำหรับการประมาณค่า pH สามารถให้ผลลัพธ์ที่ไม่ถูกต้อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของโซลูชันการปรับลด การแก้ไขปัญหาข้างต้น 10 มม.และกรดอ่อนกว่า pKa > = 2.5 สมการ Henderson Hasselbalch ให้ผลลัพธ์ข้อผิดพลาดที่ยอมรับ เดียวกันถือสำหรับฐานกับ pKb > = 2.5 แต่ สมการเดียวกันจะได้สมบูรณ์แบบโดยไม่คำนึงถึงค่า pKa ถ้าคุณจะต้องคำนวณอัตราส่วนของกรดการค้นฐานในการแก้ปัญหาด้วยค่า pH ที่รู้จัก

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

เฮนเดอสม-Hasselbalch ส่วนใหญ่จะใช้ในการคำนวณค่า pH ของการแก้ปัญหาสร้างผสมในปริมาณที่รู้จักกันดีของกรดและเบสคอนจูเกต (หรือ neutralizing ส่วนหนึ่งของกรดที่มีฐานที่แข็งแกร่ง) ตัวอย่างเช่นสิ่งที่มีค่า pH ของสารละลายที่เตรียมไว้ผสมน้ำยาเพื่อให้มี 0.1 M ของกรดอะซิติกและ 0.05 M NaOH? ครึ่งหนึ่งของกรดเป็นกลางดังนั้นความเข้มข้นของกรดและฐานผันเหมือนกันจึงฉลาดภายใต้ลอการิทึมคือ 1, ลอการิทึมคือ 0 และค่า pH = pKa. วิธีการนี้ - ในขณะที่ที่ดีที่สุดที่สมควรในหลายกรณี - เป็นอันตรายที่จะสร้าง ความเชื่อมั่นที่ผิดว่าสมการสามารถใช้วิธีนี้เสมอ ว่าไม่เป็นความจริง. สมเฮนเดอ-Hasselbalch ใช้งานได้เมื่อมันมีความเข้มข้นของความสมดุลของกรดและฐานผัน ในกรณีของการแก้ปัญหาที่มีกรดที่ไม่ให้อ่อนแอ (หรือไม่ให้อ่อนแอฐาน) ความเข้มข้นสมดุลได้ไกลมากจากที่คาดการณ์โดยปริมาณสารสัมพันธ์วางตัวเป็นกลาง. ลองเปลี่ยนกรดอะซิติกจากตัวอย่างของเรามีบางสิ่งบางอย่างที่แข็งแกร่ง - เช่นกรด dichloroacetic, กับ pKa = 1.5 การทำซ้ำ resoning เดียวกันกับที่เรานำมาใช้ก่อนหน้านี้เราจะมาถึงที่ pH = 1.5 - ซึ่งเป็นสิ่งที่ผิด ค่าพีเอชที่เหมาะสมสามารถคำนวณได้จากสมการ 11.13 หรือใช้เครื่องคิดเลขค่าความเป็นกรด - และมันคือ 1.78 เหตุผลง่าย กรด dichloroacetic แข็งแรงพอที่จะแยกตัวออกในระดับความเข้มข้นของตัวเองและความสมดุลของกรดและฐานผันไม่ได้ 0.05 M (ในขณะที่เราคาดหวังจากปริมาณสารสัมพันธ์วางตัวเป็นกลางปฏิกิริยา) แต่ 0.0334 M และ 0.0666 M ตามลำดับ. ตามกฎของหัวแม่มือคุณอาจจำ ว่ากรดกับ pKa ด้านล่าง 2.5 แยกตัวออกง่ายเกินไปและการใช้งานของสมเฮนเดอ-Hasselbalch การทำนายค่า pH สามารถให้ผลที่ไม่ถูกต้องโดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของการแก้ปัญหาการปรับลด สำหรับการแก้ปัญหาดังกล่าวข้างต้น 10 มิลลิเมตรและมีกรดอ่อนกว่า pKa> = 2.5, เฮนเดอสม-Hasselbalch ให้ผลลัพธ์ที่มีข้อผิดพลาดที่ยอมรับได้ เดียวกันถือเป็นฐานกับ PKB> = 2.5 อย่างไรก็ตามสมเดียวกันจะทำงานได้อย่างสมบูรณ์โดยไม่คำนึงถึงความคุ้มค่า pKa ถ้าคุณจะถูกถามในการคำนวณอัตราส่วนของกรดคอนจูเกตไปยังฐานในการแก้ปัญหาที่มีค่า pH ที่รู้จักกัน