Die Bronsted-Lowry-Theorie definiert Säuren und Basen basierend auf ihrer Fähigkeit, Wasserstoffprotonen zu spenden und aufzunehmen. Die Henderson-Hasselbalch-Gleichung baut auf diesen Definitionen auf, um eine Formel zum Ermitteln des pH-Werts oder der Konzentrationen einer Pufferlösung zu erstellen. Genaue Pufferlösungen können bei der Titration oder für industrielle Anwendungen wie die Shampooherstellung verwendet werden.
Nach der Bronsted-Lowry-Theorie ist eine Säure jedes Molekül, das ein Wasserstoffproton abgeben kann, während eine Base ein Molekül ist, das das Proton aufnehmen kann. Die Dissoziationsreaktion der Säure, HA, führt zu einem H+, das gespendet wird, und einem A-. Dieses A- wird dann die konjugierte Base genannt. Die Henderson-Hasselbalch-Gleichung wird unter Verwendung dieser Dissoziationsreaktion erstellt, wie sie für die Säuredissoziationskonstante überarbeitet wurde.
Eine Säuredissoziationskonstante, mit Ka bezeichnet, ist der Gleichgewichtspunkt für die Dissoziationsreaktion. Es wird in der Formel Ka = ([A-][H+]) / [HA] dargestellt, wobei A-, H+ und HA die jeweiligen Konzentrationen in Mol pro Liter darstellen. Da die Henderson-Hasselbalch-Gleichung nach pH aufgelöst wird, muss die Ka-Gleichung überarbeitet werden.
Die Umrechnung basiert auf der Tatsache, dass pH = -log[H+] ist, was bedeutet, dass dies in der umgerechneten Gleichung erscheinen sollte. A -log wird mit beiden Seiten der Ka-Gleichung multipliziert für -logKa = -log([A-][H+]) / [HA] und dann wandelt die logarithmische Verteilung dies um in -logK = -log[H+] + (-log ([A-] / [HA])). Unter Verwendung der Definition von pH und der Tatsache, dass pKa = -logK, kann pKa = pH – log ([A-] / [HA]) geschrieben werden. In Bezug auf den pH-Wert wird daraus pH = pK + log ([A-] / [HA]).
Die Henderson-Hasselbalch-Gleichung kann verwendet werden, indem die bekannte Konzentration der konjugierten Base für A- und die bekannte Konzentration der schwachen Säure für HA eingesetzt wird. Eine Beispielpufferlösung könnte 0.10 Mol Essigsäure (HC2H3O2) und 0.45 Mol Acetation (C2H3O2) mit einem pK-Wert von 1.7 x 10-5 enthalten. Die resultierende Gleichung: pH = -log (1.7 x 10-5) + log (0.45 / 0.10) = 5.4.
Wenn Sie stattdessen die Henderson-Hasselbalch-Gleichung für die Konzentration von entweder der Säure oder der Base auflösen, kann bestimmt werden, wie viel beim Erstellen einer Pufferlösung verwendet werden muss. Puffer werden bei Titrationen verwendet, um den pH-Wert anderer Säure-Basen-Paare zu bestimmen. Sie finden auch industrielle Anwendungen überall dort, wo der pH-Wert gut kontrolliert werden muss. Durch die Zugabe von gut kalkulierten Puffern wird das Shampoo nicht zu ätzend und das Bier nicht verderben.