La teoría de Bronsted-Lowry define los ácidos y las bases en función de su capacidad para donar y aceptar protones de hidrógeno. La ecuación de Henderson-Hasselbalch se basa en esas definiciones para crear una fórmula para encontrar el pH o las concentraciones de una solución tampón. Las soluciones tampón precisas se pueden utilizar en la titulación o para usos industriales, como la fabricación de champús.
Según la teoría de Bronsted-Lowry, un ácido es cualquier molécula capaz de donar un protón de hidrógeno, mientras que una base es una molécula capaz de aceptar el protón. La reacción de disociación del ácido, HA, da como resultado un H + que se dona y un A-. Esta A- se llama entonces base conjugada. La ecuación de Henderson-Hasselbalch se construye utilizando esta reacción de disociación modificada para la constante de disociación ácida.
Una constante de disociación ácida, denominada Ka, es el punto de equilibrio para la reacción de disociación. Está representado en la fórmula Ka = ([A -] [H +]) / [HA], donde A-, H + y HA representan las concentraciones respectivas en moles por litro. Dado que la ecuación de Henderson-Hasselbalch resuelve el pH, la ecuación de Ka debe reelaborarse.
La conversión opera en torno al hecho de que pH = -log [H +], lo que significa que debería aparecer en la ecuación convertida. A -log se multiplica a ambos lados de la ecuación Ka para -logKa = -log ([A -] [H +]) / [HA] y luego la distribución logarítmica convierte esto en -logK = -log [H +] + (-log ([A-] / [HA])). Usando la definición de pH, y el hecho de que pKa = -logK, se puede escribir pKa = pH – log ([A-] / [HA]). En términos de pH, eso se convierte en pH = pK + log ([A-] / [HA]).
La ecuación de Henderson-Hasselbalch se puede utilizar colocando la concentración conocida de la base conjugada para A- y la concentración conocida de ácido débil para HA. Un ejemplo de solución tampón podría incluir 0.10 moles de ácido acético (HC2H3O2) y 0.45 moles de ión acetato (C2H3O2) con un valor de pK de 1.7 x 10-5. La ecuación resultante: pH = -log (1.7 x 10-5) + log (0.45 / 0.10) = 5.4.
Resolver la ecuación de Henderson-Hasselbalch en lugar de la concentración de ácido o base puede determinar cuánto usar al crear una solución tampón. Los tampones se utilizan en titulaciones para determinar el nivel de pH de otros pares ácido-base. También tienen usos industriales donde el pH necesita ser bien manejado. Se evita que el champú se vuelva demasiado cáustico y que la cerveza se eche a perder gracias a la adición de amortiguadores bien calculados.