Máy tính Henderson-Hasselbalch

Máy tính Henderson-Hasselbalch tính toán độ pH của một dung dịch đệm từ chỉ số pKa của axit yếu và tỷ lệ giữa bazơ liên hợp [A⁻] so với axit yếu [HA]. Không giống như một công cụ công thức một chiều đơn điệu, trình giải này hoạt động theo ba hướng khác nhau: tìm pH dung dịch đệm, tìm chính xác tỷ lệ bazơ trên axit (và công thức pha chế) cần thiết để đạt tới giá trị pH mục tiêu, hoặc tính ngược lại chỉ số pKa từ giá trị pH đo được. Nó cũng hiển thị dung dịch đệm của bạn trên một thang đo pH 0–14 trực quan cùng với vùng đệm hiệu quả của nó, nhờ đó bạn có thể biết ngay từ cái nhìn đầu tiên liệu dung dịch đệm đó có thực sự hoạt động hiệu quả tại độ pH của bạn hay không.

Phương trình Henderson-Hasselbalch

Phương trình này liên kết độ pH của dung dịch đệm với chỉ số pKa của axit yếu tạo nên nó và tỷ lệ của hai dạng chất trong hệ đệm. Nó được bắt nguồn từ cân bằng phân ly axit của một axit yếu HA ⇌ H⁺ + A⁻.

Trong đó [A⁻] là nồng độ của bazơ liên hợp, [HA] là nồng độ của axit yếu, và pKa = −log₁₀(Ka). Bởi vì phương trình này sử dụng một tỷ lệ, bạn có thể nhập nồng độ mol, số mol hoặc milimol cho cả hai dạng chất — các đơn vị sẽ tự động triệt tiêu lẫn nhau.

Giải toán theo ba hướng

Vùng đệm hiệu quả (pKa ± 1)

Một dung dịch đệm chống lại sự thay đổi pH tốt nhất khi có sự hiện diện dồi dào của cả dạng axit và bazơ liên hợp của nó. Điều đó xảy ra trong khoảng một đơn vị pH xung quanh giá trị pKa. Bên trong vùng cửa sổ này, tỷ lệ bazơ trên axit luôn duy trì trong khoảng từ 1:10 đến 10:1, giúp dung dịch đệm có thể hấp thụ thêm axit hoặc bazơ thêm vào trước khi pH bị dịch chuyển đáng kể. Ngay tại vị trí pH = pKa, tỷ lệ này đạt mức lý tưởng 1:1 và dung tích đệm đạt giá trị cực đại tuyệt đối. Khi vượt ra ngoài khoảng pKa ± 2, một trong hai dạng chất sẽ gần như biến mất hoàn toàn và dung dịch đệm coi như mất đi tác dụng — đây chính là điều mà dải băng nổi bật trên thang đo pH hiển thị cho bạn thấy.

Ví dụ thực hành

Giả sử bạn pha một dung dịch đệm axetat có pKa bằng 4.76 bằng cách sử dụng 0.10 M natri axetat (bazơ liên hợp, A⁻) và 0.10 M axit axetic (HA):

1. Tỷ lệ = [A⁻]/[HA] = 0.10 / 0.10 = 1.0
2. log₁₀(1.0) = 0
3. pH = 4.76 + 0 = 4.76 — giá trị pH bằng đúng pKa, tạo ra dung dịch đệm mạnh nhất có thể.

Ngược lại, nếu muốn đạt được độ pH bằng 5.0 với cùng hệ đệm đó, tỷ lệ = 10^(5.0 − 4.76) = 10^0.24 ≈ 1.74, do đó bạn sẽ cần sử dụng khoảng 1.74 phần axetat phối trộn với 1 phần axit axetic.

Các hệ đệm phổ biến và pKa tương ứng

Những yếu tố nào ảnh hưởng đến pH dung dịch đệm?

Cách sử dụng máy tính này

1. Chọn đại lượng cần tìm: Tìm pH, Tìm tỷ lệ cho pH mục tiêu, hoặc Tìm pKa.
2. Chọn dung dịch đệm hoặc nhập pKa: Chọn một cài đặt trước có sẵn như axetat hoặc phốt phát để tự động điền giá trị pKa, hoặc tự nhập giá trị của riêng bạn.
3. Nhập nồng độ hoặc mục tiêu của bạn: Cung cấp các giá trị [A⁻] và [HA], hoặc một mức pH mục tiêu, tùy thuộc vào chế độ đang chọn. Trong chế độ tìm tỷ lệ, bạn có thể thêm tổng nồng độ để nhận được công thức phối trộn cụ thể.
4. Nhấp vào Tính toán: Xem lại kết quả hiển thị, vị trí của dung dịch đệm trên thang đo pH trực quan, cán cân cân bằng bazơ so với axit, thanh đo dung tích đệm và toàn bộ các bước giải chi tiết từng bước.

Câu hỏi thường gặp

Phương trình Henderson-Hasselbalch là gì?

Phương trình Henderson-Hasselbalch liên hệ độ pH của một dung dịch đệm với pKa của axit yếu và tỷ lệ giữa bazơ liên hợp và axit yếu: pH = pKa + log₁₀([A⁻]/[HA]). Nó cho phép bạn dự đoán độ pH của dung dịch đệm, hoặc tính ngược lại để tìm tỷ lệ hoặc pKa.

Làm cách nào để tính pH dung dịch đệm từ pKa và tỷ lệ axit-bazơ?

Lấy logarit cơ số 10 của nồng độ bazơ liên hợp chia cho nồng độ axit yếu, sau đó cộng kết quả với pKa. Ví dụ, với pKa bằng 4.76 và tỷ lệ 1:1, log₁₀(1) = 0, do đó pH bằng pKa và bằng 4.76.

Tỷ lệ bazơ trên axit nào tôi cần cho một giá trị pH mục tiêu?

Biến đổi phương trình thành tỷ lệ = 10^(pH − pKa). Tỷ lệ bazơ trên axit bằng 10 lũy thừa với số mũ là hiệu số giữa pH mục tiêu của bạn và pKa. Nếu pH mục tiêu lớn hơn pKa, bạn cần nhiều bazơ liên hợp hơn; nếu thấp hơn, cần nhiều axit yếu hơn.

Khoảng đệm hiệu quả là gì?

Một dung dịch đệm hoạt động tốt nhất trong khoảng một đơn vị pH xung quanh pKa của nó (pKa ± 1), nơi tỷ lệ bazơ trên axit nằm trong khoảng từ 1:10 đến 10:1. Dung tích đệm lớn nhất chính xác tại pH = pKa, nơi tỷ lệ là 1:1.

Khi nào phương trình Henderson-Hasselbalch không còn chính xác?

Nó giả định rằng nồng độ đệm lớn hơn nhiều so với nồng độ ion hydro và sử dụng nồng độ thay vì hoạt độ. Nó trở nên không chính xác đối với các dung dịch đệm rất loãng, các axit hoặc bazơ rất mạnh, hoặc các giá trị pH cách xa pKa, nơi một dạng chất gần như biến mất.

Tôi có thể sử dụng số mol hoặc gam thay vì nồng độ mol không?

Có. Bởi vì phương trình sử dụng tỷ lệ giữa bazơ và axit, các đơn vị sẽ triệt tiêu lẫn nhau miễn là cả hai đều được biểu diễn theo cùng một cách. Bạn có thể sử dụng nồng độ mol, số mol hoặc milimol cho [A⁻] và [HA] và nhận được cùng một giá trị pH, vì cả hai đều có cùng thể tích tích dung dịch.

Tài nguyên bổ sung

• Phương trình Henderson-Hasselbalch - Wikipedia
• Dung dịch đệm - Wikipedia