La teoria di Bronsted-Lowry definisce acidi e basi in base alla loro capacità di donare e accettare protoni di idrogeno. L’equazione di Henderson-Hasselbalch si basa su queste definizioni per creare una formula per trovare il pH o le concentrazioni di una soluzione tampone. Soluzioni tampone accurate possono essere utilizzate nella titolazione o per usi industriali come la produzione di shampoo.
Secondo la teoria di Bronsted-Lowry, un acido è una qualsiasi molecola in grado di donare un protone di idrogeno, mentre una base è una molecola in grado di accettare il protone. La reazione di dissociazione dell’acido, HA, produce un H+ che viene donato e un A-. Questa A- è quindi chiamata base coniugata. L’equazione di Henderson-Hasselbalch è costruita usando questa reazione di dissociazione rielaborata per la costante di dissociazione acida.
Una costante di dissociazione acida, indicata con Ka, è il punto di equilibrio per la reazione di dissociazione. È rappresentato nella formula Ka = ([A-][H+]) / [HA], dove A-, H+ e HA rappresentano le rispettive concentrazioni in moli per litro. Poiché l’equazione di Henderson-Hasselbalch risolve per il pH, l’equazione Ka deve essere rielaborata.
La conversione opera attorno al fatto che pH = -log[H+], il che significa che questo dovrebbe apparire nell’equazione convertita. Un -log viene moltiplicato su entrambi i lati dell’equazione Ka per -logKa = -log([A-][H+]) / [HA] e quindi la distribuzione logaritmica lo converte in -logK = -log[H+] + (-log ([A-] / [HA])). Usando la definizione di pH, e il fatto che pKa = -logK, si può scrivere pKa = pH – log ([A-] / [HA]). In termini di pH, questo diventa pH = pK + log ([A-] / [HA]).
L’equazione di Henderson-Hasselbalch può essere utilizzata inserendo la concentrazione nota della base coniugata in per A- e la concentrazione nota di acido debole in per HA. Una soluzione tampone di esempio potrebbe includere 0.10 moli di acido acetico (HC2H3O2) e 0.45 moli di ione acetato (C2H3O2) con un valore pK di 1.7 x 10-5. L’equazione risultante: pH = -log (1.7 x 10-5) + log (0.45 / 0.10) = 5.4.
Risolvere l’equazione di Henderson-Hasselbalch invece per la concentrazione dell’acido o della base può determinare quanto usare quando si crea una soluzione tampone. I tamponi vengono utilizzati nelle titolazioni per determinare il livello di pH di altre coppie acido-base. Hanno anche usi industriali ovunque il pH debba essere ben gestito. Lo shampoo non diventa troppo caustico e la birra non si deteriora grazie all’aggiunta di tamponi ben calcolati.