Soluții tampon și ecuația Henderson–Hasselbalch

O pereche conjugată în cantități utile

Un tampon acid poate conține un acid slab HA și baza sa conjugată A⁻. La adaos de acid tare, A⁻ poate consuma protonii; la adaos de bază tare, HA poate reacționa cu aceasta. Componentele trebuie să fie prezente în cantități suficiente.

Relația de calcul

Din echilibrul acidului rezultă relația Henderson–Hasselbalch. În aproximația uzuală cu concentrații, pH ≈ pKₐ + log₁₀([A⁻]/[HA]). Forma riguroasă folosește activități; soluțiile prea concentrate sau situațiile în care aproximațiile de echilibru nu sunt potrivite cer o analiză mai atentă.

Când raportul este 1, logaritmul este 0, deci pH ≈ pKₐ. Un raport de 10 mută valoarea aproximativ cu o unitate în sus.

Mai întâi reacția, apoi echilibrul

Dacă adaugi acid sau bază tare, calculează întâi consumul stoechiometric și cantitățile rămase. Abia apoi introdu raportul actualizat în formulă.

Exemplu idealizat: avem 0,020 mol A⁻ și 0,020 mol HA. Adăugarea a 0,005 mol H⁺ transformă tot atâta A⁻ în HA. Rămân 0,015 mol A⁻ și 0,025 mol HA. Raportul devine 0,60, iar pH ≈ pKₐ − 0,22.

Capacitatea nu este raportul

Două soluții pot avea același raport și un pH asemănător, dar cantități totale foarte diferite. Cea mai diluată are, în general, o capacitate mai mică de a absorbi un adaos dat.

Limita modelului

Când una dintre componente este aproape epuizată, nu mai trata sistemul ca un tampon eficient. Ecuația nu înlocuiește bilanțul și nu garantează stabilitate la orice adaos.

Aplică ideea

Un tampon idealizat are pKₐ = 4,8 și [A⁻]/[HA] = 0,10. Estimează pH-ul. Ce se întâmplă dacă multiplici ambele concentrații cu 5, păstrând aproximațiile?

Răspuns explicat

pH ≈ 4,8 + log₁₀(0,10) = 3,8. Raportul rămâne același după multiplicare, deci pH-ul aproximativ rămâne același, dar capacitatea tampon crește. La concentrații reale mai mari, activitățile pot conta.

Continuă învățarea

Vezi aplicația De ce o soluție tampon nu ține pH-ul perfect fix? și continuă cu parcursul Carbon, molecule organice și echilibre biologice.

Întrebări frecvente

Ce este o soluție tampon?

O soluție tampon limitează variația pH-ului la adăugări moderate de acid sau bază. Un model uzual conține un acid slab și baza sa conjugată.

Când este pH-ul aproximativ egal cu pKa?

În aproximația Henderson–Hasselbalch, când concentrațiile bazei conjugate și acidului sunt egale, raportul este unu și pH-ul este aproximativ egal cu pKa.

O soluție tampon poate neutraliza orice cantitate de acid?

Nu. Capacitatea tampon este finită și depinde de cantitățile componentelor. După consumarea unei componente, pH-ul poate varia considerabil.