એસિડ અને સંયોગિત આધારના સાંદ્રતાનો સમાવેશ કરીને બફર ઉકેલોનું pH ગણો. રાસાયણશાસ્ત્ર અને બાયોકેમિસ્ટ્રીમાં ચોક્કસ પરિણામો માટે હેન્ડરસન-હાસેલબલ્ચ સમીકરણનો ઉપયોગ કરે છે.
બફર pH કેલ્ક્યુલેટર રસાયણશાસ્ત્રીઓ, બાયોકેમિસ્ટો અને બફર સોલ્યુશન્સ સાથે કામ કરતા વિદ્યાર્થીઓ માટે એક મહત્વપૂર્ણ સાધન છે. આ કેલ્ક્યુલેટર એક નબળા એસિડ અને તેની સંલગ્ન બેઝના સંકેતોના આધારે બફર સોલ્યુશનનો pH નક્કી કરવા માટે હેન્ડરસન-હાસેલબલ્ચ સમીકરણ લાગુ કરે છે. બફર સોલ્યુશન્સ લેબોરેટરી સેટિંગ્સ, બાયોલોજિકલ સિસ્ટમ્સ અને ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયાઓમાં મહત્વપૂર્ણ છે જ્યાં સ્થિર pH જાળવવું જરૂરી છે. અમારો વપરાશકર્તા-મૈત્રીપૂર્ણ કેલ્ક્યુલેટર બફર pH નક્કી કરવામાં જોડાયેલા જટિલ ગણનાઓને સરળ બનાવે છે, જેથી ઝડપી અને ચોક્કસ પરિણામો મળે છે વિના મેન્યુઅલ ગણનાના.
બફર સોલ્યુશન એ એક મિશ્રણ છે જે એસિડ અથવા બેઝના નાની માત્રાઓ ઉમેરવામાં આવે ત્યારે pH માં ફેરફારોનો વિરોધ કરે છે. આ સામાન્ય રીતે એક નબળા એસિડ અને તેની સંલગ્ન બેઝ (અથવા એક નબળા બેઝ અને તેની સંલગ્ન એસિડ) ની મહત્વપૂર્ણ સંકેતોનો સમાવેશ કરે છે. આ સંયોજન સોલ્યુશનને એસિડ અથવા બેઝના નાની ઉમેરણોને ન્યુટ્રલાઇઝ કરવા માટે સક્ષમ બનાવે છે, જેનાથી રિલેટિવલી સ્થિર pH જાળવવામાં આવે છે.
બફર સોલ્યુશન્સ લિચેટલિયરનું સિદ્ધાંત પર કાર્ય કરે છે, જે કહે છે કે જ્યારે સમતોલિતી પર આધારિત સિસ્ટમમાં વિક્ષેપ થાય છે, ત્યારે સમતોલિતી વિક્ષેપને સામનો કરવા માટે ખસે છે. બફર સોલ્યુશન્સમાં:
બફર સોલ્યુશનની અસરકારકતા આ પર આધાર રાખે છે:
હેન્ડરસન-હાસેલબલ્ચ સમીકરણ બફર સોલ્યુશન્સના pH ની ગણતરી માટેની ગણિતીય આધારશિલા છે. તે બફરનો pH નબળા એસિડના pKa અને સંલગ્ન બેઝ અને એસિડના સંકેતોના અનુપાત સાથે સંબંધિત છે:
જ્યાં:
આ સમીકરણ એસિડ વિભાજન સમતોલિતીમાંથી ઉત્પન્ન થાય છે:
એસિડ વિભાજન સ્થિરતા (Ka) ની વ્યાખ્યા છે:
બંને બાજુઓના નેગેટિવ લોગારિધમને લેતા અને પુનઃવ્યવસ્થિત કરતા:
અમારા કેલ્ક્યુલેટર માટે, અમે 7.21 નું pKa મૂલ્ય ઉપયોગમાં લઈએ છીએ, જે 25°C પર ફોસ્ફેટ બફર સિસ્ટમ (H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻) સાથે સંબંધિત છે, જે બાયોકેમિસ્ટ્રી અને લેબોરેટરી સેટિંગ્સમાં સૌથી સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતી બફર સિસ્ટમોમાંની એક છે.
બફર ક્ષમતા (β) એ બફર સોલ્યુશનની pH ફેરફારો સામેની પ્રતિકારની માપ છે જ્યારે એસિડ અથવા બેઝ ઉમેરવામાં આવે છે. તે pH = pKa ની સમાનતા પર મહત્તમ છે. બફર ક્ષમતાને ગણતરી કરી શકાય છે:
જ્યાં:
પ્રાયોગિક ઉદાહરણ માટે, આપણા ફોસ્ફેટ બફરમાં [HA] = 0.1 M અને [A⁻] = 0.2 M માનીએ:
આ મૂલ્યોને સ્થાનાંતરિત કરતાં: β = (2.303 × 0.3 × 6.17 × 10⁻⁸ × 3.09 × 10⁻⁸) ÷ (6.17 × 10⁻⁸ + 3.09 × 10⁻⁸)² = 0.069 mol/L/pH
આનો અર્થ એ છે કે 1 યુનિટ દ્વારા pH બદલી દેવા માટે પ્રતિ લિટર 0.069 મોલ મજબૂત એસિડ અથવા બેઝ ઉમેરવું પડશે.
અમારો બફર pH કેલ્ક્યુલેટર સરળતા અને ઉપયોગમાં સરળતાના માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યો છે. તમારા બફર સોલ્યુશનનો pH ગણતરી કરવા માટે આ પગલાં અનુસરો:
કેલ્ક્યુલેટર દર્શાવશે:
જો તમને બીજું ગણતરી કરવા જરૂર હોય, તો તમે અથવા તો:
ચોક્કસ પરિણામો માટે ખાતરી કરો કે:
કેલ્ક્યુલેટર નીચેની સ્થિતિઓમાં ભૂલ સંદેશાઓ દર્શાવશે:
ચાલો એક સંપૂર્ણ ઉદાહરણમાં ચાલીએ જે બતાવે છે કે બફર pH કેલ્ક્યુલેટર કેવી રીતે કાર્ય કરે છે:
ઉદાહરણ: 0.1 M ડાઇહાઇડ્રોજન ફોસ્ફેટ (H₂PO₄⁻, એસિડ ફોર્મ) અને 0.2 M હાઇડ્રોજન ફોસ્ફેટ (HPO₄²⁻, સંલગ્ન બેઝ ફોર્મ) ધરાવતી ફોસ્ફેટ બફર સોલ્યુશનનો pH ગણતરી કરો.
ઘટકોની ઓળખ કરો:
હેન્ડરસન-હાસેલબલ્ચ સમીકરણ લાગુ કરો:
પરિણામની વ્યાખ્યા કરો:
બફર pH ગણતરીઓ ઘણા વૈજ્ઞાનિક અને ઔદ્યોગિક એપ્લિકેશન્સમાં મહત્વપૂર્ણ છે:
જ્યારે હેન્ડરસન-હાસેલબલ્ચ સમીકરણ બફર pH ગણનાઓ માટે સૌથી સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતું પદ્ધતિ છે, ત્યારે કેટલીક વિશિષ્ટ પરિસ્થિતિઓ માટે વિકલ્પો છે:
સિધા pH માપન: કૅલિબ્રેટેડ pH મીટરનો ઉપયોગ સૌથી ચોક્કસ pH નિર્ધારણ પ્રદાન કરે છે, ખાસ કરીને જટિલ મિશ્રણો માટે.
પૂર્ણ સમતોલિતી ગણનાઓ: ખૂબ જ પાતળા સોલ્યુશન્સ માટે અથવા જ્યારે ઘણા સમતોલિતીઓ સામેલ હોય ત્યારે સંપૂર્ણ સમતોલિતી સમીકરણોનું સમાધાન કરવું જરૂરી હોઈ શકે છે.
સંખ્યાત્મક પદ્ધતિઓ: જે કમ્પ્યુટર પ્રોગ્રામો પ્રવૃત્તિ ગુણાંક અને ઘણા સમતોલિતીઓનું ધ્યાન રાખે છે તે વધુ ચોક્કસ પરિણામો પ્રદાન કરી શકે છે.
પ્રાયોગિક પદ્ધતિઓ: કેટલીક ઔદ્યોગિક એપ્લિકેશન્સમાં, પ્રાયોગિક ડેટા પરથી ઉત્પન્ન થયેલ પ્રાયોગિક સૂત્રોનો ઉપયોગ થકી ગણતરીઓ કરતાં વધુ ઉપયોગી હોઈ શકે છે.
બફર ક્ષમતા ગણનાઓ: બફર સિસ્ટમો ડિઝાઇન કરવા માટે, બફર ક્ષમતા (β = dB/dpH, જ્યાં B ઉમેરવામાં આવેલી બેઝની માત્રા છે) ગણતરી કરવી સરળ હોઈ શકે છે.
બફર સોલ્યુશન્સ અને તેમની ગણિતીય વર્ણનાનો સમજો છેલ્લા સદીમાં નોંધપાત્ર રીતે વિકસિત થયો છે:
રાસાયણિક બફરિંગની સંકલ્પના પ્રથમ વખત 19મી સદીના અંતમાં ફ્રેન્ચ રસાયણશાસ્ત્રી માર્સેલિન બર્થેલોટ દ્વારા વ્યવસ્થિત રીતે વર્ણવવામાં આવી હતી. જો કે, આદર્શ બફર સિસ્ટમ્સનું પ્રથમ મહત્વપૂર્ણ ગણિતીય વિશ્લેષણ અમેરિકન ડોક્ટર અને બાયોકેમિસ્ટ લૉરન્સ જોસેફ હેન્ડરસન દ્વારા 1908માં કરવામાં આવ્યું હતું.
હેન્ડરસન એ સમીકરણના પ્રારંભિક સ્વરૂપને વિકસિત કર્યું જ્યારે તે રક્ત pH નિયમન માટે કાર્બન ડાયોક્સાઇડની ભૂમિકા અભ્યાસ કરી રહ્યો હતો. તેની કાર્યને "એસિડની શક્તિ અને ન્યુટ્રાલીટી જાળવવા માટેની ક્ષમતાના સંબંધ વિશે" નામના પેપરમાં પ્રકાશિત કરવામાં આવ્યું.
1916માં, ડેનિશ ડોક્ટર અને રસાયણશાસ્ત્રી કાર્લ આલ્બર્ટ હાસેલબલ્ચે હેન્ડરસનના સમીકરણને pH નોંધણી (જે 1909માં સોરેન્સન દ્વારા રજૂ કરવામાં આવી હતી) નો ઉપયોગ કરીને ફરીથી ફોર્મ્યુલેટ કર્યું. આ લોગારિધમિક સ્વરૂપે સમીકરણને લેબોરેટરીમાં ઉપયોગમાં વધુ પ્રાયોગિક બનાવ્યું અને આ જ સ્વરૂપ છે જે અમે આજે ઉપયોગમાં લઈએ છીએ.
20મી સદીમાં, હેન્ડરસન-હાસેલબલ્ચ સમીકરણ એસિડ-બેઝ કેમિસ્ટ્રી અને બાયોકેમિસ્ટ્રીનો એક ખૂણાકોણ બની ગયું:
આ સમીકરણ 20મી સદીના અંતે અને 21મી સદીમાં પણ રસાયણમાં સૌથી મહત્વપૂર્ણ અને વ્યાપક રીતે ઉપયોગમાં લેવાતું સંબંધો પૈકી એક છે.
અહીં વિવિધ પ્રોગ્રામિંગ ભાષાઓમાં હેન્ડરસન-હાસેલબલ્ચ સમીકરણના અમલના ઉદાહરણો છે:
1def calculate_buffer_ph(acid_concentration, base_concentration, pKa=7.21):
2 """
3 Calculate the pH of a buffer solution using the Henderson-Hasselbalch equation.
4
5 Parameters:
6 acid_concentration (float): Concentration of the acid in mol/L
7 base_concentration (float): Concentration of the conjugate base in mol/L
8 pKa (float): Acid dissociation constant (default: 7.21 for phosphate buffer)
9
10 Returns:
11 float: pH of the buffer solution
12 """
13 import math
14
15 if acid_concentration <= 0 or base_concentration <= 0:
16 raise ValueError("Concentrations must be positive values")
17
18 ratio = base_concentration / acid_concentration
19 pH = pKa + math.log10(ratio)
20
21 return round(pH, 2)
22
23# Example usage
24try:
25 acid_conc = 0.1 # mol/L
26 base_conc = 0.2 # mol/L
27 pH = calculate_buffer_ph(acid_conc, base_conc)
28 print(f"Buffer pH: {pH}")
29except ValueError as e:
30 print(f"Error: {e}")
311function calculateBufferPH(acidConcentration, baseConcentration, pKa = 7.21) {
2 // Validate inputs
3 if (acidConcentration <= 0 || baseConcentration <= 0) {
4 throw new Error("Concentrations must be positive values");
5 }
6
7 // Apply Henderson-Hasselbalch equation
8 const ratio = baseConcentration / acidConcentration;
9 const pH = pKa + Math.log10(ratio);
10
11 // Round to 2 decimal places
12 return Math.round(pH * 100) / 100;
13}
14
15// Example usage
16try {
17 const acidConc = 0.1; // mol/L
18 const baseConc = 0.2; // mol/L
19 const pH = calculateBufferPH(acidConc, baseConc);
20 console.log(`Buffer pH: ${pH}`);
21} catch (error) {
22 console.error(`Error: ${error.message}`);
23}
241public class BufferPHCalculator {
2 private static final double DEFAULT_PKA = 7.21; // Default pKa for phosphate buffer
3
4 /**
5 * Calculates the pH of a buffer solution using the Henderson-Hasselbalch equation
6 *
7 * @param acidConcentration Concentration of the acid in mol/L
8 * @param baseConcentration Concentration of the conjugate base in mol/L
9 * @param pKa Acid dissociation constant
10 * @return The pH of the buffer solution
11 * @throws IllegalArgumentException if concentrations are not positive
12 */
13 public static double calculateBufferPH(double acidConcentration,
14 double baseConcentration,
15 double pKa) {
16 // Validate inputs
17 if (acidConcentration <= 0 || baseConcentration <= 0) {
18 throw new IllegalArgumentException("Concentrations must be positive values");
19 }
20
21 // Apply Henderson-Hasselbalch equation
22 double ratio = baseConcentration / acidConcentration;
23 double pH = pKa + Math.log10(ratio);
24
25 // Round to 2 decimal places
26 return Math.round(pH * 100.0) / 100.0;
27 }
28
29 /**
30 * Overloaded method using the default pKa value
31 */
32 public static double calculateBufferPH(double acidConcentration,
33 double baseConcentration) {
34 return calculateBufferPH(acidConcentration, baseConcentration, DEFAULT_PKA);
35 }
36
37 public static void main(String[] args) {
38 try {
39 double acidConc = 0.1; // mol/L
40 double baseConc = 0.2; // mol/L
41 double pH = calculateBufferPH(acidConc, baseConc);
42 System.out.printf("Buffer pH: %.2f%n", pH);
43 } catch (IllegalArgumentException e) {
44 System.err.println("Error: " + e.getMessage());
45 }
46 }
47}
481' Excel function for buffer pH calculation
2Function BufferPH(acidConcentration As Double, baseConcentration As Double, Optional pKa As Double = 7.21) As Double
3 ' Validate inputs
4 If acidConcentration <= 0 Or baseConcentration <= 0 Then
5 BufferPH = CVErr(xlErrValue)
6 Exit Function
7 End If
8
9 ' Apply Henderson-Hasselbalch equation
10 Dim ratio As Double
11 ratio = baseConcentration / acidConcentration
12
13 BufferPH = pKa + Application.WorksheetFunction.Log10(ratio)
14
15 ' Round to 2 decimal places
16 BufferPH = Round(BufferPH, 2)
17End Function
18
19' Usage in Excel cell: =BufferPH(0.1, 0.2)
201calculate_buffer_ph <- function(acid_concentration, base_concentration, pKa = 7.21) {
2 # Validate inputs
3 if (acid_concentration <= 0 || base_concentration <= 0) {
4 stop("Concentrations must be positive values")
5 }
6
7 # Apply Henderson-Hasselbalch equation
8 ratio <- base_concentration / acid_concentration
9 pH <- pKa + log10(ratio)
10
11 # Round to 2 decimal places
12 return(round(pH, 2))
13}
14
15# Example usage
16acid_conc <- 0.1 # mol/L
17base_conc <- 0.2 # mol/L
18tryCatch({
19 pH <- calculate_buffer_ph(acid_conc, base_conc)
20 cat(sprintf("Buffer pH: %.2f\n", pH))
21}, error = function(e) {
22 cat(sprintf("Error: %s\n", e$message))
23})
241function pH = calculateBufferPH(acidConcentration, baseConcentration, pKa)
2 % CALCULATEBUFFERPH Calculate the pH of a buffer solution
3 % pH = CALCULATEBUFFERPH(acidConcentration, baseConcentration)
4 % calculates the pH using the Henderson-Hasselbalch equation
5 %
6 % pH = CALCULATEBUFFERPH(acidConcentration, baseConcentration, pKa)
7 % uses the specified pKa value instead of the default (7.21)
8
9 % Set default pKa if not provided
10 if nargin < 3
11 pKa = 7.21; % Default pKa for phosphate buffer
12 end
13
14 % Validate inputs
15 if acidConcentration <= 0 || baseConcentration <= 0
16 error('Concentrations must be positive values');
17 end
18
19 % Apply Henderson-Hasselbalch equation
20 ratio = baseConcentration / acidConcentration;
21 pH = pKa + log10(ratio);
22
23 % Round to 2 decimal places
24 pH = round(pH * 100) / 100;
25end
26
27% Example usage
28try
29 acidConc = 0.1; % mol/L
30 baseConc = 0.2; % mol/L
31 pH = calculateBufferPH(acidConc, baseConc);
32 fprintf('Buffer pH: %.2f\n', pH);
33catch ME
34 fprintf('Error: %s\n', ME.message);
35end
36અહીં વિવિધ સંકેત અનુપાતો માટે બફર pH ગણતરીઓના કેટલાક ઉદાહરણો છે:
બફર સોલ્યુશન એ એક મિશ્રણ છે જે એસિડ અથવા બેઝના નાની માત્રાઓ ઉમેરવામાં આવે ત્યારે pH માં ફેરફારોનો વિરોધ કરે છે. આ સામાન્ય રીતે એક નબળા એસિડ અને તેની સંલગ્ન બેઝ (અથવા એક નબળા બેઝ અને તેની સંલગ્ન એસિડ) ની મહત્વપૂર્ણ સંકેતોનો સમાવેશ કરે છે.
હેન્ડરસન-હાસેલબલ્ચ સમીકરણ (pH = pKa + log([base]/[acid])) બફર સોલ્યુશનનો pH નબળા એસિડના pKa અને સંલગ્ન બેઝ અને એસિડના સંકેતોના અનુપાત સાથે સંબંધિત છે. તે એસિડ વિભાજન સમતોલિતીમાંથી ઉત્પન્ન થાય છે અને સરળ pH ગણનાઓ માટેની મંજૂરી આપે છે.
મહત્તમ બફર ક્ષમતાના માટે, સંલગ્ન બેઝ અને એસિડનો અનુપાત 1:1 નજીક હોવો જોઈએ, જે pH ને pKa સમાન બનાવે છે. અસરકારક બફરિંગ શ્રેણી સામાન્ય રીતે pKa ની ±1 pH એકમોમાં ગણવામાં આવે છે.
તમારા ઇચ્છિત pH (આદર્શ રીતે ±1 pH એકમમાં) નજીકના pKa સાથે બફર પસંદ કરો. અન્ય પરિબળો જેમ કે તાપમાનની સ્થિરતા, તમારા બાયોલોજિકલ સિસ્ટમ અથવા પ્રતિસાદ સાથે સુસંગતતા, અને એસેસ અથવા માપન સાથે ઓછામાં ઓછા વિક્ષેપને ધ્યાનમાં રાખો.
હા, તાપમાન pKa અને પાણીની વિભાજનને અસર કરે છે, જે બફર સોલ્યુશનના pH ને બદલાવી શકે છે. મોટા ભાગના pKa મૂલ્યો 25°C પર અહેવાલ આપવામાં આવે છે, અને મહત્વપૂર્ણ તાપમાનના વિમુખતા સુધારણાના તત્વોને જરૂર પડી શકે છે.
જ્યારે જુદી જુદી બફર સિસ્ટમો મિક્સ કરવી શક્ય છે, ત્યારે તે સામાન્ય રીતે ભલામણ કરવામાં આવતું નથી કારણ કે તે સમતોલિતીને જટિલ બનાવે છે અને અનિષ્ટ વર્તન તરફ લઈ જઈ શકે છે. તમારા લક્ષ્ય pH માટે નજીકના pKa સાથે એક જ બફર સિસ્ટમ પસંદ કરવી વધુ સારી છે.
બફર ક્ષમતા (β) એ બફર pH ફેરફારો સામેની પ્રતિકારની માપ છે જ્યારે એસિડ અથવા બેઝ ઉમેરવામાં આવે છે. તે pH = pKa ની સમાનતા પર મહત્તમ છે. તેને β = 2.303 × C × (Ka × [H⁺]) / (Ka + [H⁺])² તરીકે ગણવામાં આવે છે, જ્યાં C બફર સંકેત છે.
હેન્ડરસન-હાસેલબલ્ચ સમીકરણને ફરીથી ગોઠવીને સંલગ્ન બેઝ અને એસિડના જરૂરી અનુપાતની ગણતરી કરો [base]/[acid] = 10^(pH-pKa). પછી આ અનુપાત પ્રાપ્ત કરવા માટે યોગ્ય સંકેતો સાથે ઉકેલો તૈયાર કરો.
અસંગતતાઓ આ પરિબળો દ્વારા ઊભી થઈ શકે છે જેમ કે:
પોલીપ્રોટિક એસિડ (બહુવિધ વિભાજ્ય પ્રોટોન ધરાવતા એસિડ) માટે, હેન્ડરસન-હાસેલબલ્ચ સમીકરણ દરેક વિભાજન પગલાં માટે અલગથી લાગુ કરી શકાય છે, પરંતુ માત્ર ત્યારે જ જો pKa મૂલ્યો પૂરતા ભિન્ન (સામાન્ય રીતે >2 pH એકમો દૂર) હોય. અન્યથા, વધુ જટિલ સમતોલિતી ગણનાઓની જરૂર પડી શકે છે.
Po, Henry N., and N. M. Senozan. "The Henderson-Hasselbalch Equation: Its History and Limitations." Journal of Chemical Education, vol. 78, no. 11, 2001, pp. 1499-1503.
Good, Norman E., et al. "Hydrogen Ion Buffers for Biological Research." Biochemistry, vol. 5, no. 2, 1966, pp. 467-477.
Beynon, Robert J., and J. S. Easterby. Buffer Solutions: The Basics. Oxford University Press, 1996.
Stoll, Vincent S., and John S. Blanchard. "Buffers: Principles and Practice." Methods in Enzymology, vol. 182, 1990, pp. 24-38.
Martell, Arthur E., and Robert M. Smith. Critical Stability Constants. Plenum Press, 1974-1989.
Ellison, Sparkle L., et al. "Buffer: A Guide to the Preparation and Use of Buffers in Biological Systems." Analytical Biochemistry, vol. 104, no. 2, 1980, pp. 300-310.
Mohan, Chandra. Buffers: A Guide for the Preparation and Use of Buffers in Biological Systems. Calbiochem, 2003.
તમારા વર્કફ્લો માટે ઉપયોગી થવાના વધુ સાધનો શોધો