La ecuación de Charlot , llamada así por Gaston Charlot , se usa en química analítica para relacionar la concentración de iones de hidrógeno , y por lo tanto el pH , con la concentración analítica formal de un ácido y su base conjugada . Se puede utilizar para calcular el pH de soluciones tampón cuando se rompen las aproximaciones de la ecuación de Henderson-Hasselbalch . La ecuación de Henderson-Hasselbalch supone que la autoionización del aguaes insignificante y que la disociación o hidrólisis del ácido y la base en solución son insignificantes (en otras palabras, que la concentración formal es la misma que la concentración de equilibrio).
donde [H + ] es la concentración de equilibrio de H + , K a es la constante de disociación del ácido , C a y C b son las concentraciones analíticas del ácido y su base conjugada, respectivamente, y Δ = [H + ] - [OH - ]. La ecuación se puede resolver para [H + ] usando la constante de autoionización del agua , K w , para introducir [OH - ] = K w / [H + ]. Esto da como resultado la siguiente ecuación cúbica para [H +], que puede resolverse numérica o analíticamente:
La cuestión principal es cómo determinar las concentraciones de equilibrio [HA] y [A - ] a partir de las concentraciones iniciales o analíticas C a y C b . Esto se puede lograr considerando las limitaciones de electroneutralidad y balance de masa del sistema. La primera restricción es que la concentración total de cationes debe ser igual a la concentración total de aniones, porque el sistema debe ser eléctricamente neutro:
Aquí M + es el contraión que viene con la base conjugada, [A - ], que se agrega a la solución. Por ejemplo, si HA es ácido acético , A - sería acetato , que podría agregarse a la solución en forma de acetato de sodio . En este caso, M + sería el catión de sodio. La concentración de equilibrio [M + ] es constante e igual a la concentración analítica de la base, C b . Por lo tanto,
Debido al balance de masa, la suma de las concentraciones de equilibrio del ácido y su base conjugada debe permanecer igual a la suma de sus concentraciones analíticas. (HA puede convertirse en A - y viceversa, pero lo que se pierde de HA se gana de A - , manteniendo la suma constante).