MolDraw › เครื่องมือเคมี › เครื่องคำนวณสมการเฮนเดอร์สัน–ฮัสเซลบัลค์
เครื่องคำนวณสมการเฮนเดอร์สัน–ฮัสเซลบัลค์ (pH ของบัฟเฟอร์)
สรุปสั้น ๆ: เครื่องคำนวณสมการเฮนเดอร์สัน–ฮัสเซลบัลค์: หา pH ของบัฟเฟอร์ pKa อัตราส่วนเบส/กรด หรือปริมาณกรดและคู่เบสที่ต้องใช้สำหรับ pH เป้าหมาย พร้อมค่าตั้งต้นของบัฟเฟอร์ทั่วไป ใช้งานฟรี ทำงานในเว็บเบราว์เซอร์ และไม่ต้องดาวน์โหลด
เลือกบัฟเฟอร์ทั่วไปหรือพิมพ์ค่า pKa แก้หา pH, pKa หรืออัตราส่วน [A⁻]/[HA] หรือให้เครื่องคำนวณแบ่งความเข้มข้นรวมเป็นปริมาณกรดและเบสในหน่วยโมลและกรัม โหมดเบสอ่อนใช้ pOH = pKb + log([BH⁺]/[B])
สมการเฮนเดอร์สัน–ฮัสเซลบัลค์
pH = pKa + log₁₀([A⁻]/[HA]) [A⁻]/[HA] = 10^(pH − pKa)
บัฟเฟอร์เบสอ่อน: pOH = pKb + log₁₀([BH⁺]/[B]) pH = 14.00 − pOH (25 °C)
การเตรียมบัฟเฟอร์ความเข้มข้นรวม C: [HA] = C / (1 + r) [A⁻] = C·r / (1 + r) r = 10^(pH − pKa)
เนื่องจากทั้งสองสปีชีส์อยู่ในปริมาตรเดียวกัน จึงใช้จำนวนโมลแทนความเข้มข้นในอัตราส่วนได้ เมื่อ [A⁻] = [HA] จะได้ pH = pKa สำหรับบัฟเฟอร์เบส ค่าคงที่กรดที่สอดคล้องคือ pKa(BH⁺) = 14.00 − pKb ดังนั้น NH₃/NH₄⁺ ที่มี pKb = 4.75 จึงเหมือนบัฟเฟอร์กรดที่มี pKa = 9.25
ความจุบัฟเฟอร์
บัฟเฟอร์ทำงานได้ดีที่สุดในช่วงประมาณ pKa ± 1 ซึ่งอัตราส่วนเบส/กรดอยู่ระหว่าง 0.1 ถึง 10 ความจุสูงสุดที่ pH = pKa และเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นรวม เครื่องคำนวณรายงาน β = 2.303·C·Ka[H⁺]/(Ka + [H⁺])² ซึ่งคือจำนวนโมลของกรดแก่หรือเบสแก่ต่อลิตรที่ต้องใช้เพื่อเปลี่ยน pH หนึ่งหน่วย (ไม่รวมผลจากน้ำเอง)
บัฟเฟอร์ทั่วไปและค่า pKa (25 °C)
| บัฟเฟอร์ | คู่กรด / เบส | pKa | ช่วง pH ที่ใช้ได้ |
|---|---|---|---|
| กรดแอซีติก / แอซีเตต | CH₃COOH / CH₃COO⁻ | 4.76 | 3.76 ถึง 5.76 |
| กรดฟอร์มิก / ฟอร์เมต | HCOOH / HCOO⁻ | 3.75 | 2.75 ถึง 4.75 |
| กรดซิตริก (pKa₁) | H₃Cit / H₂Cit⁻ | 3.13 | 2.13 ถึง 4.13 |
| กรดคาร์บอนิก / ไบคาร์บอเนต | H₂CO₃ / HCO₃⁻ | 6.35 | 5.35 ถึง 7.35 |
| ฟอสเฟต (pKa₂) | H₂PO₄⁻ / HPO₄²⁻ | 7.21 | 6.21 ถึง 8.21 |
| HEPES | HEPES / HEPES⁻ | 7.5 | 6.5 ถึง 8.5 |
| Tris | TrisH⁺ / Tris | 8.07 | 7.07 ถึง 9.07 |
| แอมโมเนียม / แอมโมเนีย | NH₄⁺ / NH₃ | 9.25 | 8.25 ถึง 10.25 |
ค่า pKa เป็นค่าทั่วไปจากเอกสารที่ 25 °C และความแรงไอออนต่ำ ค่า pKa อื่นของฟอสเฟตประมาณ 2.15 และ 12.3 ของกรดซิตริกคือ 3.13, 4.76 และ 6.40 ค่าของกรดคาร์บอนิกเป็น pKa ปรากฏที่รวม CO₂ ที่ละลายอยู่ Tris เปลี่ยนประมาณ −0.03 หน่วย pH ต่อ °C บัฟเฟอร์ Tris ที่เตรียมที่ 25 °C จึงเป็นกรดมากขึ้นที่ 37 °C
ตัวอย่างโจทย์
pH ของบัฟเฟอร์แอซีเตต
กรดแอซีติก 0.10 M และโซเดียมแอซีเตต 0.15 M, pKa = 4.76
pH = 4.76 + log(0.15/0.10) = 4.76 + 0.176
pH = 4.94
การเติมกรดแก่ (แบบ JEE/NEET)
บัฟเฟอร์มี CH₃COOH 0.10 mol และ CH₃COO⁻ 0.10 mol เติม HCl 0.010 mol
H⁺ เปลี่ยนเบสเป็นกรด: เบส 0.09 mol กรด 0.11 mol pH = 4.76 + log(0.09/0.11)
pH = 4.67 (ลดลงเพียง 0.09 หน่วย)
อัตราส่วนฟอสเฟตใกล้เคียงเลือด
pH เป้าหมาย 7.40 ด้วย H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻, pKa = 7.21
[HPO₄²⁻]/[H₂PO₄⁻] = 10^(7.40 − 7.21) = 10^0.19
อัตราส่วน = 1.55 : 1
เตรียมบัฟเฟอร์แอซีเตต 0.10 M ปริมาตร 1.0 L ที่ pH 5.00
r = 10^(5.00 − 4.76) = 1.738 [HA] = 0.10/2.738 = 0.0365 M, [A⁻] = 0.0635 M
โซเดียมแอซีเตต: 0.0635 mol × 82.03 g/mol กรดแอซีติก: 0.0365 mol × 60.05 g/mol
CH₃COONa 5.21 g + CH₃COOH 2.19 g
บัฟเฟอร์เบสจาก pKb
NH₃ 0.20 M และ NH₄Cl 0.10 M, pKb = 4.75
pOH = 4.75 + log(0.10/0.20) = 4.45
pH = 14.00 − 4.45 = 9.55
หา pKa จากจุดสะเทินครึ่งหนึ่ง
ที่จุดสะเทินครึ่งหนึ่งของกรดอ่อน เครื่องวัด pH อ่านได้ 3.75
[A⁻] = [HA] ดังนั้น log(1) = 0
pKa = 3.75 (กรดฟอร์มิก)
ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย
- กลับอัตราส่วน ต้องเป็นเบสหารด้วยกรด: log([A⁻]/[HA]) เบสมากขึ้นหมายถึง pH สูงขึ้น
- ใช้ pKb ในสมการของกรด สำหรับ NH₃/NH₄⁺ ให้ใช้ pOH = pKb + log([BH⁺]/[B]) หรือแปลง: pKa = 14 − pKb
- ลืมคิดปฏิกิริยาก่อน เมื่อเติมกรดแก่หรือเบสแก่ ให้คำนวณปริมาณสัมพันธ์ (โมล) ก่อนใช้สมการ
- ใช้นอกช่วงที่ใช้ได้ สมการสมมติว่าทั้งสองสปีชีส์มีความเข้มข้นสูงกว่า [H⁺] และ [OH⁻] มาก จึงใช้ไม่ได้กับบัฟเฟอร์ที่เจือจางมากและอัตราส่วนที่เกิน 10 : 1 มาก
- ใช้ pKa ผิดสำหรับกรดหลายโปรตอน เลือก pKa ที่อยู่ระหว่างสองสปีชีส์ที่คุณมีจริง H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻ ใช้ pKa₂ = 7.21 ไม่ใช่ 2.15
- อุณหภูมิ ค่า pKa ในที่นี้เป็นค่าที่ 25 °C บัฟเฟอร์ Tris และเอมีนเปลี่ยนตามอุณหภูมิอย่างเห็นได้ชัด
กำลังวาดโครงสร้างกรด–เบสอยู่หรือเปล่า? ร่างสปีชีส์ของบัฟเฟอร์ แผนผังการไทเทรต และกลไกใน MolDraw ตัวแก้ไขโครงสร้างเคมีออนไลน์ฟรี
เปิดตัวแก้ไข MolDrawคำถามที่พบบ่อย
สมการเฮนเดอร์สัน–ฮัสเซลบัลค์คืออะไร?
pH = pKa + log₁₀([A⁻]/[HA]) ใช้หา pH ของบัฟเฟอร์ที่เตรียมจากกรดอ่อน HA และคู่เบส A⁻ ได้มาจากการจัดรูปนิพจน์ Ka แล้วใส่ log
จะคำนวณอัตราส่วนเบสต่อกรดสำหรับ pH เป้าหมายได้อย่างไร?
ใช้ [A⁻]/[HA] = 10^(pH − pKa) สำหรับบัฟเฟอร์แอซีเตตที่ pH 5.00 อัตราส่วนคือ 10^(5.00 − 4.76) = 1.74
ใช้จำนวนโมลแทนความเข้มข้นได้หรือไม่?
ได้ ทั้งสองสปีชีส์อยู่ในปริมาตรเดียวกัน ปริมาตรจึงตัดกันในอัตราส่วน นี่คือเหตุที่คุณคำนวณด้วยจำนวนโมลได้หลังเติมกรดแก่หรือเบสแก่
ช่วงการทำงานที่มีประสิทธิภาพของบัฟเฟอร์คือเท่าไร?
ประมาณ pKa ± 1 หน่วย pH ซึ่งอัตราส่วนเบส/กรดอยู่ระหว่าง 0.1 ถึง 10 เลือกบัฟเฟอร์ที่มี pKa ใกล้กับ pH ที่ต้องการ
จะใช้สมการกับบัฟเฟอร์เบสอย่าง NH₃/NH₄Cl ได้อย่างไร?
ใช้ pOH = pKb + log([BH⁺]/[B]) แล้ว pH = 14 − pOH หรือใช้ pKa = 14 − pKb = 9.25 กับ pH = pKa + log([NH₃]/[NH₄⁺]) ทั้งสองวิธีให้ pH เท่ากัน
ทำไม pH ของบัฟเฟอร์ที่วัดได้จึงต่างจากค่าที่คำนวณ?
สมการใช้ความเข้มข้น ไม่ใช่แอกทิวิตี ความแรงไอออนจึงทำให้ pH จริงเลื่อนได้ถึงประมาณ 0.1 ถึง 0.2 หน่วย อุณหภูมิก็เปลี่ยนค่า pKa ด้วย ปรับ pH สุดท้ายด้วยเครื่องวัด pH
เครื่องมือเคมีที่เกี่ยวข้อง
อัปเดตล่าสุด: