Apa persamaan Henderson-Hasselbalch?

Persamaan Henderson-Hasselbalch adalah rumus matematika yang digunakan untuk menghitung, dengan sangat cepat dan mudah, perkiraan pH larutan buffer, buffer, atau pH buffer . Persamaan ini menunjukkan perkiraan larutan eksak kesetimbangan asam-basa dalam larutan yang dibentuk oleh pasangan asam-basa konjugasi. Oleh karena itu ada dalam dua bentuk yang berbeda, satu untuk sistem penyangga yang dibentuk oleh asam lemah dan garam dari basa konjugatnya, dan satu lagi untuk basa lemah dan garam dari asam konjugatnya.

Persamaan Henderson-Hasselbalch untuk sistem penyangga asam lemah/basa konjugat

Dalam kasus asam lemah dan basa konjugatnya, persamaan Henderson-Hasselbalch diberikan oleh:

di mana pK _a menyatakan logaritma sepuluh basa negatif dari tetapan keasaman asam lemah, _garam C adalah konsentrasi analitik garam, dan _asam C adalah konsentrasi analitik asam. Dengan konsentrasi analitik berarti konsentrasi awal di mana larutan disiapkan.

Persamaan Henderson-Hasselbalch untuk sistem buffer basa lemah/asam konjugasi

Dalam kasus sistem penyangga yang dibentuk oleh basa lemah dan garam dari asam konjugatnya, persamaan Henderson-Hasselbalch diberikan oleh:

di mana pK _b , C _basa dan _garam C mewakili, masing-masing, logaritma basa sepuluh dari konstanta kebasaan basa lemah, konsentrasi analitiknya, dan konsentrasi analitik garam dari asam konjugatnya.

Apa itu buffer?

Buffer adalah larutan yang dibentuk oleh campuran antara asam lemah dan basa lemah. Larutan ini mampu menyangga perubahan pH yang akan terjadi dalam larutan dengan menambahkan asam atau basa kuat. Ini dicapai karena asam lemah mampu menetralkan basa kuat, sedangkan basa lemah mampu menetralkan asam.

Meskipun setiap campuran asam lemah dengan basa lemah dapat mengatur pH dengan cara ini, buffer sering dibuat dengan menggunakan pasangan asam-basa konjugat atau basa/asam konjugat, karena hanya satu keseimbangan ionik yang sangat memudahkan perhitungan.

Penurunan persamaan Henderson-Hasselbalch

Selanjutnya, penurunan persamaan Henderson-Hasselbalch untuk sistem penyangga asam/basa konjugasi lemah disajikan. Persamaan untuk kasus kedua (basa lemah/asam konjugat) diperoleh dengan mengganti asam lemah dengan basa lemah, proton dengan ion hidroksida, basa konjugat dengan asam konjugat, konstanta keasaman dengan konstanta kebasaan, dan pH dengan pOH.

Pertimbangkan HA asam lemah generik. Asam ini berdisosiasi menurut kesetimbangan kimia berikut:

Seperti yang dapat kita lihat dalam persamaan, basa konjugat dari asam HA adalah anion A ^– . Hubungan antara konsentrasi kesetimbangan spesies ini diberikan oleh hukum aksi massa, yang dalam kasus khusus ini diwakili oleh persamaan matematika berikut:

di mana semua spesies dalam tanda kurung mewakili masing-masing konsentrasi molar dalam keadaan setimbang. Mengatur ulang persamaan ini, kami memperoleh ekspresi berikut:

Sekarang, menerapkan logaritma basis sepuluh ke kedua sisi persamaan dan kemudian menerapkan sifat-sifat logaritma, persamaan ini menjadi:

dimana kita menggunakan relasi log(1/a) = – log(a) dan log(ab) = log(a) + log(b). Suku di sebelah kiri tidak lebih dari pH, sedangkan suku pertama di sebelah kanan persamaan mewakili pKa _a , sehingga diperoleh:

Ini terlihat sangat mirip dengan persamaan Henderson-Hasselbalch, tetapi masih tidak sama, karena konsentrasi dalam persamaan ini adalah konsentrasi kesetimbangan dari asam tak terdisosiasi dan basa konjugat sedangkan persamaan akhir menunjukkan konsentrasi analitik masing-masing.

Sekarang mari kita perhatikan garam natrium atau kalium dari basa konjugasinya, yang akan kita nyatakan sebagai MA, di mana M adalah kation logam. Garam-garam ini adalah elektrolit kuat yang sepenuhnya terdisosiasi dalam air menurut persamaan berikut:

Seperti yang Anda lihat, jika kita melarutkan konsentrasi analitik garam C _garam , karena merupakan elektrolit kuat dan semuanya terdisosiasi, jumlah anion A yang sama ^akan dihasilkan . Anion ini sama dengan anion yang ada dalam kesetimbangan asam lemah, sehingga keberadaannya dalam garam memiliki efek ion yang sama. Efek ini dapat diamati saat menganalisis disosiasi asam lemah dengan adanya garam:

Efek ion senama menyebabkan kesetimbangan asam tidak bergerak maju ke arah produk, atau bergerak ke arah reaktan (ingat bahwa asam lemah, yang menyiratkan bahwa dengan sendirinya memiliki sedikit kecenderungan untuk berdisosiasi). Dengan kondisi tersebut, dapat diasumsikan bahwa jumlah HA yang terdisosiasi sangat kecil dibandingkan dengan konsentrasi awal HA dan ^A- . Untuk alasan ini, kita dapat memperkirakan konsentrasi kesetimbangan kedua spesies ini dengan konsentrasi analitik asam dan garam, yaitu:

Mengganti kedua perkiraan ke dalam rumus pH, persamaan Henderson-Hasselbalch diperoleh.

Contoh penggunaan persamaan Henderson-Hasselbalch

Contoh 1: Tentukan pH larutan penyangga yang mengandung campuran ekuimolar asam asetat dan natrium asetat, dengan mengetahui tetapan keasaman asam asetat adalah 1,75.10 ^-5 .

Sistem ini sesuai dengan buffer asam lemah dengan garam basa konjugatnya, jadi dalam kasus ini, bentuk pertama dari persamaan Henderson-Hasselbalch digunakan untuk menghitung pH. Kesetimbangan dalam hal ini adalah:

Kita juga mengetahui bahwa C _asam = C _garam = C karena diindikasikan merupakan campuran ekuimolar, oleh karena itu:

Contoh 2: Tentukan pH larutan penyangga yang mengandung 0,3 M amoniak dan 0,5 M amonium klorida, diketahui bahwa tetapan kebasaan amoniak adalah 1.8.10 ^-5 .

Ini adalah kasus kebalikan dari yang sebelumnya. Buffer ini sesuai dengan basa lemah dengan garam asam konjugatnya yang persamaan kesetimbangannya adalah:

Menggunakan bentuk kedua dari persamaan Henderson-Hasselbalch, pOH dapat ditentukan dan kemudian pH dihitung:

Keterbatasan persamaan Henderson-Hasselbalch

Persamaan Henderson-Hasselbalch adalah persamaan yang sangat praktis dan, seperti yang terlihat pada dua contoh, sangat mudah digunakan, namun, sebagai persamaan perkiraan, persamaan ini memiliki keterbatasan. Pertama-tama, persamaan ini hanya berlaku bila konsentrasi total pasangan asam/basa terkonjugasi tidak terlalu rendah.

Jika konsentrasi buffer mendekati 10 ^-6 atau 10 ^-7 , maka keseimbangan ion air harus diperhitungkan dan persamaan Henderson-Hasselbalch tidak berlaku lagi.

Syarat lain yang diperlukan adalah derajat disosiasi asam atau protonasi basa minimal (untuk mengabaikan x dalam persamaan sebelumnya). Jika konsentrasi asam atau basa jauh lebih kecil daripada pasangan konjugasinya atau sebaliknya, maka kondisi ini tidak terpenuhi, dan persamaan sekali lagi tidak valid.

Sebagai pedoman umum, konsentrasi asam atau basa dan garamnya tidak boleh berbeda lebih dari satu urutan besarnya untuk perhitungan yang paling akurat.

Referensi

Chang, R. (2021). Kimia ( ^edisi ke-11 ). PENDIDIKAN BUKIT MCGRAW.

Fores-Novales, B., Diez-Fores, P., & Aguilera-Celorrio, L. (2016). Penilaian keseimbangan asam-basa. Kontribusi metode Stewart. Jurnal Anestesiologi dan Resusitasi Spanyol , 63 (4), 212–219. https://www.elsevier.es

persamaan Henderson–Hasselbalch . (td). Akademi Khan. https://www.khanacademy.org/science/ap-chemistry-beta/x2eef969c74e0d802:acids-and-bases/x2eef969c74e0d802:buffers/v/hendersonhasselbalch-equation

Persamaan Henderson-Hasselbalch–Fisik MCAT . (td). Tutor Universitas. https://www.varsitytutors.com/mcat_physical-help/henderson-hasselbalch-equation

Libretext. (2020, 24 Agustus). Persamaan Henderson–Hasselbach . Teks Libre Kimia. https://chem.libretexts.org/Ancillary_Materials/Reference/Organic_Chemistry_Glossary/Henderson-Hasselbach_Equation

Skoog, D. (2021). Kimia Analitik ( ^edisi ke-7 ). PENDIDIKAN BUKIT MCGRAW.