Η σημασία και οι περιορισμοί της εξίσωσης Henderson-Hasselbalch

Στον τομέα της χημείας, το pH οποιασδήποτε ουσίας παίζει σημαντικό ρόλο. Κάποιος πρέπει να αναγνωρίσει και να γνωρίζει τη φύση της ουσίας, του διαλύματος ή του υγρού, συμπεριλαμβανομένης της γνώσης της όξινης, βασικής ή ουδέτερης φύσης οποιασδήποτε χημικής ουσίας ή διαλύματος. Αυτή η γνώση παίζει ζωτικό ρόλο στην καθημερινή μας ζωή.

Εάν το όξινο περιεχόμενο της τροφής που καταναλώνει κάποιος είναι πάνω από το φυσιολογικό όριο, μπορεί να βλάψει το ανθρώπινο σώμα, συμπεριλαμβανομένης της πρόκλησης θανάτου. Αυτή η ενότητα θα συζητήσει όλα τα βασικά που πρέπει να γνωρίζει ένα άτομο, συμπεριλαμβανομένης της έννοιας, της σημασίας, των χρήσεων και των περιορισμών της εξίσωσης Henderson-Hasselbalch.

Ιστορία της εξίσωσης Χέντερσον

Ο Lawrence Joseph Henderson ανέπτυξε μια εξίσωση για τον υπολογισμό του pH ενός ρυθμιστικού διαλύματος το 1908. Το 1917, ο Karl Albert Hasselbalch αναδιατύπωσε αυτήν την εξίσωση με λογαριθμικούς όρους, η οποία χρησιμοποιείται συχνά στη χημεία.

Τι είναι η εξίσωση Χέντερσον;

Για τον προσδιορισμό του pH ενός ρυθμισμένου διαλύματος, ένα άτομο πρέπει να χρησιμοποιήσει την εξίσωση Henderson-Hasselbalch. Αυτή η εξίσωση προέρχεται από την κινητική των αναστρέψιμων αντιδράσεων, οι οποίες περιγράφουν τα χαρακτηριστικά των ασθενών οξέων και βάσεων σε ένα δεδομένο διάλυμα.

Η εξίσωση Henderson-Hasselbalch δίνει στον αναγνώστη μια αλληλεπίδραση μεταξύ της σταθεράς διάστασης οξέος (pKa) και του pH των οξέων (σε υδατικά διαλύματα). Με απλά λόγια, η εξίσωση Henderson είναι μια χημική εξίσωση που συσχετίζει τη σταθερά διάστασης οξέος με το pH του υδατικού διαλύματος ενός οξέος.

Αυτή η εξίσωση χρησιμοποιείται συχνά στη χημεία για τον υπολογισμό και τον εντοπισμό του ισοηλεκτρικού σημείου διαφόρων πρωτεϊνών. Το ισοηλεκτρικό σημείο μιας πρωτεΐνης είναι το pH στο οποίο το καθαρό φορτίο της γίνεται μηδέν. Με άλλα λόγια, η πρωτεΐνη δεν δέχεται ούτε δίνει πρωτόνια.

Οι περιορισμοί της εξίσωσης Henderson-Hasselbalch:

1. Η εξίσωση Henderson-Hasselbalch δεν λαμβάνει υπόψη την αυτοδιάσπαση του νερού. δεν μπορεί να παρέχει τις σωστές τιμές pH για ρυθμιστικά διαλύματα υψηλής αραιότητας.
2. Δεδομένου ότι η εξίσωση του Henderson υπονοεί ότι η συγκέντρωση της συζυγούς βάσης του οξέος στη χημική ισορροπία θα παραμείνει ίδια με την ονομαστική συγκέντρωση, η εξίσωση Henderson-Hasselbalch υπολείπεται της πρόβλεψης ενός κατάλληλου αποτελέσματος για ισχυρά οξέα και ισχυρές βάσεις, πράγμα που σημαίνει ότι η σύνδεση των πρωτονίων στη βάση παραμελείται.
3. Η υπόθεση που αναφέρεται στην εξίσωση Henderson ενδέχεται να μην ισχύει όταν συσχετίζεται με ισχυρές βάσεις ή οξέα.
4. Η πιο σημαντική υπόθεση σε αυτήν την εξίσωση είναι ότι οι συγκεντρώσεις του οξέος και των συζευγμένων βάσεων παραμένουν πάντα σταθερές κατά τη διάρκεια της ισορροπίας.
5. Η σημασία της υδρόλυσης νερού και η επίδρασή της στο pH ολόκληρου του διαλύματος συχνά παραβλέπεται. Ομοίως, η υδρόλυση μιας διάστασης οξέος και βάσης παραβλέπεται.

Σταθερά διάστασης οξέος

Η σταθερά διάστασης οξέος «Ka» μετρά ποσοτικά την ισχύ ενός όξινου διαλύματος. Το Ka αντιπροσωπεύει τη σταθερά ισορροπίας για οποιαδήποτε δεδομένη αντίδραση διάστασης ενός οξέος σε ένα υδατικό διάλυμα.

HA (υδατικό) ⇌ H+(υδατικό) + A−(υδατικό)

Στην παραπάνω αντίδραση: 

HA =το Γενόσημο Οξύ

A- =η συζευγμένη βάση ενός δεδομένου οξέος

H+ =είναι το πρωτόνιο ή ιόν υδρογόνου

Αυτές οι ποσότητες στην εξίσωση παραμένουν σε ισορροπία ακόμα κι αν οι συγκεντρώσεις τους δεν παρουσιάζουν καμία αλλαγή με το χρόνο.

Η τιμή του Ka, όπως και άλλες σταθερές ισορροπίας, προσδιορίζεται με τη βοήθεια των συγκεντρώσεων που μετρώνται σε γραμμομόρια ανά λίτρο κάθε υδατικού συστατικού στην κατάσταση ισορροπίας. Ακολουθεί η έκφραση για τη σταθερά διάστασης οξέος (Ka):

Ka=[H+][A-]/[HA]

Η εξίσωση Χέντερσον

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι γραφής της εξίσωσης Henderson. Δύο από τους πιο συχνά χρησιμοποιούμενους τύπους/εξισώσεις είναι:

pH =pKa + log [συζευγμένο οξύ]/[ασθενές οξύ]

pOH =pKb + log [συζευγμένο οξύ]/[ασθενής βάση]

Οι χρήσεις και η σημασία της εξίσωσης Henderson

Οι κύριοι στόχοι της εξίσωσης Henderson-Hasselbalch στον τομέα της χημείας περιλαμβάνουν:

1. Για να βρείτε την κατάσταση πρωτονίωσης διαφόρων λειτουργικών ομάδων βιομορίων σε ένα ρυθμιστικό διάλυμα pH 7.
2. Για να προσδιορίσετε πώς ακριβώς μπορούν να εξεταστούν οι σχετικές αντοχές της συζυγούς βάσης ενός οξέος χρησιμοποιώντας τις τιμές Kb και Ka για τις βάσεις και τα οξέα, αντίστοιχα.
3. Για να προσδιοριστεί εάν ένα δεδομένο υδατικό διάλυμα άλατος θα είναι είτε βασικό, όξινο ή ουδέτερο στη φύση, ανάλογα με τις καθορισμένες τιμές των Ka και Kb για ένα συζευγμένο ζεύγος οξέων και βάσεων.
4. Για να εξηγήσουμε πώς ένα ρυθμιστικό διάλυμα, βασικό ή όξινο, μπορεί να αντέξει μια ουσιαστική αλλαγή του pH όταν εισάγονται μικροί όγκοι οξέος ή βάσης στο ρυθμιστικό διάλυμα.
5. Χρησιμοποιείται για την περιγραφή και τη γνώση του ρυθμιστικού διαλύματος στη χημεία.
6. Χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό και τη γνώση της χωρητικότητας του buffer στη χημεία.
7. Χρησιμοποιείται για να γνωρίζουμε πώς παρασκευάζεται ένα βασικό ή όξινο ρυθμιστικό διάλυμα στη χημεία.
8. Για τον υπολογισμό του pOH/pH, ιόντα σε ένα διάλυμα που περιέχει μια βάση δεδομένης της αρχικής συγκέντρωσης της οξέος-βάσης.

Συμπέρασμα

Αυτό το άρθρο λέει σε ένα άτομο την έννοια, τις χρήσεις, τη σημασία και τους περιορισμούς της εξίσωσης Henderson-Hasselbalch. Η εξίσωση Henderson-Hasselbalch βοηθά ένα άτομο που ενδιαφέρεται για την πειθαρχία της χημείας να κατανοήσει πώς να μετρήσει ένα ρυθμιστικό διάλυμα και να το εξετάσει. Η καλή γνώση της έννοιας της εξίσωσης Henderson-Hasselbalch θα είναι χρήσιμη για τους μελλοντικούς χημικούς και χημικούς μηχανικούς.

Ονοματολογία

Η τυπική μέθοδος ή ίσως το σύστημα IUPAC χρησιμοποιείται για την ονομασία των αλδεΰδων. Οι γνωστές λέξεις των αλδεΰδων έχουν ληφθεί από τις κοινές λέξεις του καρβοξυλικού οξέος. Εξετάστε το ακόλουθο σενάριο:

Το σύστημα IUPAC ακολουθεί ένα σύνολο κανόνων για τη δημιουργία σύνθετων ταυτοτήτων. Οι βασικοί κανόνες για την ονομασία των αλειφατικών αλδεΰδων είναι οι εξής:

1. Εντοπίστε την ομάδα καρβονυλίου μέσα στη μακροβιότερη αλυσίδα ατόμων άνθρακα.
2. Το όνομα αλκανίου με την ίδια ποσότητα ανθράκων χρησιμοποιείται ως το μητρικό όνομα.
3. Καταργήστε τον από τον τίτλο του αλκανίου και αντικαταστήστε τον με al.
4. Εκχωρήστε τον μικρότερο δυνατό αριθμό στον άνθρακα καρβονυλίου, κυρίως στην αλυσίδα.
5. Προσδιορίστε και ονομάστε υποκατάστατα.

Ακολουθούν ορισμένα παραδείγματα ονομασίας IUPAC: 

Ο όρος καρβαλδεΰδη προστίθεται στον προσδιορισμό της δομής του δακτυλίου στο σύστημα IUPAC για τον εντοπισμό κυκλικών, αλειφατικών και αρωματικών αλδεΰδων.

Αντί για βενζολοκαρβαλδεΰδη, η πλειοψηφία των χημικών την αποκαλεί βενζαλδεΰδη. Αυτός ο εναλλακτικός όρος χρησιμοποιείται επίσης σε πολλές πηγές, όπως άρθρα.

Τύπος χημικών

Το RCHO είναι ο χημικός τύπος για μια τέτοια αλδεΰδη. Το R σημαίνει ένα ιόν υδρογόνου ή μια σειρά άνθρακα/υδρογόνου, το CO πάλι για το καρβονύλιο και το Η για το υδρογόνο που συνδέεται με την αλληλουχία καρβονυλίου σε αυτόν τον τύπο. Είναι σημαντικό να δηλωθεί η εξίσωση με αυτή τη σειρά, επειδή δημιουργεί τη σύνδεση μεταξύ του αλδεϋδικού υδρογόνου και του καρβονυλίου.

Φυσικά χαρακτηριστικά αλδεΰδης

Οι αλδεΰδες ανήκουν σε οργανικές χημικές ενώσεις των οποίων η γενική ισορροπημένη εξίσωση είναι R-CHO. Το R μπορεί να είναι υδρογόνο ή ένας υποκατεστημένος ή μη υποκατεστημένος υδρογονάνθρακας επαναστατικός.

Αρκετές αλδεΰδες φαίνεται να είναι απρόβλεπτα, εύφλεκτα υγρά που παράγουν ατμούς σε εκρηκτικές ποσότητες σε θερμοκρασία δωματίου. Τα συστατικά μικρότερης αλδεΰδης, καθώς και εκείνα με ακόρεστη και αντικατασταθείσα αλυσίδα, χρειάζονται τα πιο αυστηρά μέτρα πρόληψης πυρκαγιάς και έκρηξης, καθώς και τις πιο εκτεταμένες προφυλάξεις για τις ερεθιστικές ιδιότητες.

Εφαρμογές Αλδεΰδης

• Η φορμαλδεΰδη χρησιμοποιείται ως καθαριστικό και οργανική συντήρηση δειγμάτων.
• Τα ποτήρια είναι επαργυρωμένα με αλδεΰδη.
• Η φορμαλδεΰδη είναι μια χημική ουσία που χρησιμοποιείται για την παρασκευή ενός ευρέος φάσματος πολυμερών και ρητινών.
• Τα αρώματα και οι βαφές (χρώματα) χρησιμοποιούν βενζαλδεΰδη.

Εφαρμογές Αλδεΰδης

1. Αντιοξειδωτικό

Η φορμαλίνη είναι μια χημική ουσία που χρησιμοποιείται για τη διατήρηση βιολογικών και ανατομικών δειγμάτων. Αυτή είναι μια δημοφιλής μέθοδος αποθήκευσης δειγμάτων σε μεγάλα ερευνητικά ιδρύματα. Χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό ιατρικών εργαλείων.

2. Παραγωγή πολυμερικών προϊόντων

Έχετε αναρωτηθεί ποτέ γιατί τα μικροβιοκτόνα, τα εντομοκτόνα και τα μυκητοκτόνα, μεταξύ άλλων πολυμερών προϊόντων, χρησιμοποιούνται για να κρατήσουν μακριά τα βακτήρια, τα ζωύφια και τους μύκητες; Αυτό οφείλεται στο στοιχείο φορμαλδεΰδης που χρησιμοποιείται στην κατασκευή αυτών των αντικειμένων.

3.Αντισηπτικό

Λόγω των ισχυρών συστατικών του, αντιδρά στο καθαρό νερό. Οι ιστοί σκληραίνουν επίσης με φορμαλίνη.

4.Κατασκευή χαρτιού

Η ακρολεΐνη είναι απαραίτητο συστατικό στη βιομηχανία χαρτιού, καθώς ρυθμίζει τη λάσπη της.

5.Βακτηριακή εξάλειψη

Αυτή η ένωση σκοτώνει τα βακτήρια που βρίσκονται σε πετρελαιοπηγές και δεξαμενές κρύου νερού.

6. Συντηρητικό

Η ακεταλδεΰδη είναι ένα αρωματικό συστατικό και ένα συντηρητικό για φρούτα και θαλασσινά.

7.Κατασκευή καουτσούκ &ελαστικών

Οι διαλύτες που περιέχουν βενζόλιο είναι κατάλληλοι για χρήση στη διαδικασία παραγωγής καουτσούκ.

8.Εκτύπωση/ζωγραφική 

Επειδή το βενζόλιο περιλαμβάνεται στα χρώματα βάσης και επικάλυψης, χρησιμοποιείται συνήθως στη βιομηχανία εκτύπωσης για την επισκευή και την απολύμανση του εξοπλισμού εκτύπωσης.

9.Χημικά/Πλαστικά 

Η βενζίνη είναι μια χημική ουσία που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία πλαστικών και συνθετικών υλικών όπως το νάιλον. Το βενζόλιο χρησιμοποιείται με διάφορους τρόπους στη βιομηχανία πλαστικών, όπως τα καθαριστικά.

10.Πετρέλαιο/Πετρέλαιο/Άσφαλτος

Η αλδεΰδη είναι μια χημική ουσία που χρησιμοποιείται για την παραγωγή προϊόντων πετρελαίου όπως η βενζίνη. Χρησιμοποιείται για την παραγωγή ασφάλτου, την οποία χρησιμοποιούν οι εταιρείες στέγης.

Συμπέρασμα

Οι αλδεΰδες φαίνεται να είναι οργανικά μόρια με ένα άτομο άνθρακα στο τέλος. Επειδή το CHO είναι ένα από τα κύρια συστατικά τους, αυτά ταξινομούνται ως ενώσεις που περιέχουν CHO. Η αφυδρογόνωση της αλκοόλης απομακρύνει το ιόν υδρογόνου από το μόριο του οξυγόνου, με αποτέλεσμα αλδεΰδες. Ο άνθρακας σχηματίζει στη συνέχεια διπλό δεσμό ως αποτέλεσμα της αντίδρασης. Οι αλδεΰδες χρησιμοποιούνται συνήθως στη βιομηχανία για την παρασκευή άλλων χημικών ουσιών. Οι αλδεΰδες χρησιμοποιούνται σε διάφορες μεθόδους, πολλές από τις οποίες επικρατούν σε ένα ευρύ φάσμα βιομηχανιών. Οι αλδεΰδες ταξινομούνται σε τέσσερις κατηγορίες. Η ακρολεΐνη, η ακεταλδεΰδη και η βενζαλδεΰδη είναι όλες οι μορφές φορμαλδεΰδης, οι οποίες είναι μόρια άνθρακα, οξυγόνο και άνθρακας.