Buffer adalah larutan yang menahan perubahan pH ketika sejumlah kecil asam atau basa ditambahkan, dan buffer mendukung segala hal mulai dari kimia darah hingga persiapan reagen laboratorium. Persamaan Henderson-Hasselbalch adalah alat aljabar sederhana yang digunakan ahli kimia untuk memprediksi, merancang, dan memecahkan masalah pH buffer hanya dari tiga angka: satu pKa dan dua konsentrasi.

Dari mana persamaan itu berasal

Asam lemah HA terdisosiasi sebagian dalam air: HA ⇌ H⁺ + A⁻. Tetapan kesetimbangan untuk reaksi ini, Ka, didefinisikan sebagai Ka = [H⁺][A⁻]/[HA]. Mengambil log₁₀ negatif dari kedua sisi dan menata ulang mengubah persamaan kesetimbangan tersebut menjadi persamaan Henderson-Hasselbalch: pH = pKa + log₁₀([A⁻]/[HA]). Persamaan ini tepat untuk kesetimbangan yang dijelaskan — ini bukan suatu perkiraan, meskipun kegunaannya paling besar bila konsentrasi buffer jauh lebih besar daripada jumlah H⁺ atau OH⁻ yang sebenarnya ada dalam larutan.

Mengapa buffer bekerja paling baik di dekat pH = pKa

Jika [A⁻] dan [HA] sama, suku lognya adalah nol dan pH sama persis dengan pKa — ini adalah titik buffer kapasitas maksimum, karena terdapat banyak bentuk asam dan basa yang tersedia untuk menyerap H⁺ atau OH⁻ yang masuk. Ketika rasionya menjauh dari 1:1, buffer masih menahan perubahan pH, namun kurang efektif, karena salah satu dari dua spesies mulai menipis. Aturan praktisnya adalah bahwa buffer dianggap efektif dalam kisaran satu unit pH pKa-nya (rasio basa:asam 10:1 hingga 1:10) — di luar rentang tersebut, penambahan sedikit asam atau basa akan menyebabkan perubahan pH yang sangat besar secara tidak proporsional.

Memilih buffer yang tepat untuk pH target

Karena buffering efektif hanya mencakup sekitar pKa ± 1, langkah pertama dalam merancang buffer adalah memilih asam lemah yang pKa-nya mendekati pH yang Anda perlukan. Asetat (pKa 4.76) cocok untuk kondisi agak asam; fosfat (pKa 7.21) sesuai dengan pH yang mendekati netral seperti banyak aplikasi biologis; bikarbonat (pKa 6.1) dan amonia (pKa 9.25) mencakup rentang umum lainnya. Setelah asam dipilih, persamaan Henderson-Hasselbalch memberikan rasio basa:asam yang tepat yang diperlukan untuk mencapai pH target.

Batas persamaan

Persamaan Henderson-Hasselbalch mengasumsikan perilaku ideal dan bekerja paling baik pada rentang konsentrasi sedang yang umum digunakan pada buffer laboratorium (kira-kira 0,01–1 M). Ini tidak memperhitungkan efek kekuatan ionik, ketergantungan pKa pada suhu, atau buffer yang kehabisan kapasitas sepenuhnya di luar rentang efektifnya. Untuk larutan yang sangat encer, lingkungan ionik yang sangat kuat, atau asam poliprotik dengan nilai pKa yang tumpang tindih, mungkin diperlukan perhitungan kesetimbangan yang lebih rinci.