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Calcolatore di Henderson–Hasselbalch (pH dei tamponi)
In breve: calcolatore di Henderson–Hasselbalch: trova pH, pKa o rapporto base/acido di un tampone, oppure quanto acido e quanta base coniugata usare per un pH target, con preimpostazioni per i tamponi comuni. È gratuito, funziona nel browser e non richiede download.
Scegli un tampone comune o inserisci un pKa. Risolvi per pH, pKa o rapporto [A⁻]/[HA], oppure lascia che il calcolatore suddivida una concentrazione totale in quantità di acido e base, in moli e grammi. Una modalità per basi deboli gestisce pOH = pKb + log([BH⁺]/[B]).
Equazione di Henderson–Hasselbalch
pH = pKa + log₁₀([A⁻]/[HA]) [A⁻]/[HA] = 10^(pH − pKa)
tampone di base debole: pOH = pKb + log₁₀([BH⁺]/[B]) pH = 14,00 − pOH (25 °C)
preparare un tampone di concentrazione totale C: [HA] = C / (1 + r) [A⁻] = C·r / (1 + r) r = 10^(pH − pKa)
Poiché le due specie sono nello stesso volume, nel rapporto puoi usare le moli invece delle concentrazioni. Quando [A⁻] = [HA], pH = pKa. Per un tampone basico la costante acida corrispondente è pKa(BH⁺) = 14,00 − pKb, quindi NH₃/NH₄⁺ con pKb = 4,75 si comporta come un tampone acido con pKa = 9,25.
Capacità tampone
Un tampone funziona meglio entro circa pKa ± 1, dove il rapporto base/acido è compreso tra 0,1 e 10. La capacità è massima a pH = pKa e cresce con la concentrazione totale. Il calcolatore riporta β = 2,303·C·Ka[H⁺]/(Ka + [H⁺])², le moli di acido o base forte per litro necessarie a spostare il pH di un'unità (il contributo dell'acqua è trascurato).
Tamponi comuni e valori di pKa (25 °C)
| Tampone | Coppia acido / base | pKa | Intervallo di pH utile |
|---|---|---|---|
| Acido acetico / acetato | CH₃COOH / CH₃COO⁻ | 4.76 | da 3,76 a 5,76 |
| Acido formico / formiato | HCOOH / HCOO⁻ | 3.75 | da 2,75 a 4,75 |
| Acido citrico (pKa₁) | H₃Cit / H₂Cit⁻ | 3.13 | da 2,13 a 4,13 |
| Acido carbonico / bicarbonato | H₂CO₃ / HCO₃⁻ | 6.35 | da 5,35 a 7,35 |
| Fosfato (pKa₂) | H₂PO₄⁻ / HPO₄²⁻ | 7.21 | da 6,21 a 8,21 |
| HEPES | HEPES / HEPES⁻ | 7.5 | da 6,5 a 8,5 |
| Tris | TrisH⁺ / Tris | 8.07 | da 7,07 a 9,07 |
| Ammonio / ammoniaca | NH₄⁺ / NH₃ | 9.25 | da 8,25 a 10,25 |
I valori di pKa sono valori tipici di letteratura a 25 °C e bassa forza ionica. Gli altri pKa del fosfato sono circa 2,15 e 12,3. Quelli dell'acido citrico sono 3,13, 4,76 e 6,40. Il valore dell'acido carbonico è il pKa apparente che include la CO₂ disciolta. Il Tris varia di circa −0,03 unità di pH per °C, quindi un tampone Tris preparato a 25 °C è più acido a 37 °C.
Esempi svolti
pH del tampone acetato
Acido acetico 0,10 M e acetato di sodio 0,15 M, pKa = 4,76.
pH = 4,76 + log(0,15/0,10) = 4,76 + 0,176
pH = 4,94
Aggiunta di un acido forte (stile JEE/NEET)
Un tampone contiene 0,10 mol di CH₃COOH e 0,10 mol di CH₃COO⁻. Si aggiungono 0,010 mol di HCl.
L'H⁺ converte la base in acido: base 0,09 mol, acido 0,11 mol. pH = 4,76 + log(0,09/0,11)
pH = 4,67 (solo 0,09 unità in meno)
Rapporto per un fosfato simile al sangue
pH target 7,40 con H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻, pKa = 7,21.
[HPO₄²⁻]/[H₂PO₄⁻] = 10^(7,40 − 7,21) = 10^0,19
Rapporto = 1,55 : 1
Prepara 1,0 L di tampone acetato 0,10 M a pH 5,00
r = 10^(5,00 − 4,76) = 1,738. [HA] = 0,10/2,738 = 0,0365 M, [A⁻] = 0,0635 M.
Acetato di sodio: 0,0635 mol × 82,03 g/mol. Acido acetico: 0,0365 mol × 60,05 g/mol.
5,21 g di CH₃COONa + 2,19 g di CH₃COOH
Tampone basico dal pKb
NH₃ 0,20 M e NH₄Cl 0,10 M, pKb = 4,75.
pOH = 4,75 + log(0,10/0,20) = 4,45
pH = 14,00 − 4,45 = 9,55
Trovare il pKa dalla semineutralizzazione
Alla semineutralizzazione di un acido debole, il pH-metro indica 3,75.
[A⁻] = [HA], quindi log(1) = 0.
pKa = 3,75 (acido formico)
Errori comuni
- Rapporto capovolto. È base su acido: log([A⁻]/[HA]). Più base significa pH più alto.
- pKb nell'equazione per gli acidi. Per NH₃/NH₄⁺ usa pOH = pKb + log([BH⁺]/[B]) oppure converti: pKa = 14 − pKb.
- Dimenticare prima la reazione. Quando aggiungi un acido o una base forte, fai prima la stechiometria (moli) e poi usa l'equazione.
- Usarla fuori dal suo intervallo. L'equazione assume che entrambe le specie siano molto più concentrate di [H⁺] e [OH⁻]. Non funziona per tamponi molto diluiti e per rapporti molto oltre 10 : 1.
- pKa sbagliato per acidi poliprotici. Scegli il pKa tra le due specie effettivamente presenti. H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻ usa pKa₂ = 7,21, non 2,15.
- Temperatura. I valori di pKa qui riportati sono a 25 °C. I tamponi Tris e amminici variano sensibilmente con la temperatura.
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Apri l'editor MolDrawDomande frequenti
Che cos'è l'equazione di Henderson–Hasselbalch?
pH = pKa + log₁₀([A⁻]/[HA]). Fornisce il pH di un tampone formato da un acido debole HA e dalla sua base coniugata A⁻. Si ricava riarrangiando l'espressione di Ka e passando ai logaritmi.
Come calcolo il rapporto base/acido per un pH target?
Usa [A⁻]/[HA] = 10^(pH − pKa). Per un tampone acetato a pH 5,00 il rapporto è 10^(5,00 − 4,76) = 1,74.
Posso usare le moli invece delle concentrazioni?
Sì. Le due specie si trovano nello stesso volume, quindi il volume si semplifica nel rapporto. Per questo puoi lavorare in moli dopo l'aggiunta di un acido o di una base forte.
Qual è l'intervallo efficace di un tampone?
Circa pKa ± 1 unità di pH, dove il rapporto base/acido è compreso tra 0,1 e 10. Scegli un tampone con pKa vicino al pH che ti serve.
Come uso l'equazione per un tampone basico come NH₃/NH₄Cl?
Usa pOH = pKb + log([BH⁺]/[B]) e poi pH = 14 − pOH. Oppure usa pKa = 14 − pKb = 9,25 con pH = pKa + log([NH₃]/[NH₄⁺]). Entrambi danno lo stesso pH.
Perché il pH misurato del mio tampone è diverso da quello calcolato?
L'equazione usa le concentrazioni, non le attività, quindi la forza ionica sposta il pH reale fino a circa 0,1–0,2 unità. Anche la temperatura cambia il pKa. Correggi il pH finale con un pH-metro.
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