حاسبة pH للمخازن: أداة معادلة هندرسون-هاسيلبالخ

احسب pH لمحلول المخازن عن طريق إدخال تركيزات الحمض والقاعدة المقابلة. تستخدم معادلة هندرسون-هاسيلبالخ للحصول على نتائج دقيقة في تطبيقات الكيمياء وعلم الأحياء الدقيقة.

حاسبة pH للمخزن

تركيز الحمض

مول/لتر

تركيز القاعدة المرافقة

مول/لتر

النتائج

أدخل تركيز الحمض والقاعدة لحساب pH

📚

التوثيق

حاسبة pH للمخازن

المقدمة

تعتبر حاسبة pH للمخازن أداة أساسية للكيميائيين وعلماء الأحياء الطلاب الذين يعملون مع حلول المخازن. تستخدم هذه الحاسبة معادلة هندرسون-هاسلبالك لتحديد pH محلول المخزن بناءً على تركيزات حمض ضعيف وقاعدته المرافقة. تعتبر حلول المخازن ضرورية في البيئات المخبرية والأنظمة البيولوجية والعمليات الصناعية حيث من الضروري الحفاظ على pH ثابت. تبسط حاسبتنا سهلة الاستخدام الحسابات المعقدة المتعلقة بتحديد pH المخزن، مما يسمح بالحصول على نتائج سريعة ودقيقة دون الحاجة للحساب اليدوي.

ما هو محلول المخزن؟

محلول المخزن هو مزيج يقاوم التغيرات في pH عند إضافة كميات صغيرة من الحمض أو القاعدة. يتكون عادة من حمض ضعيف وقاعدته المرافقة (أو قاعدة ضعيفة وحمضها المرافق) بتركيزات كبيرة. يسمح هذا المزيج للمحلول بتحييد الإضافات الصغيرة من الأحماض أو القواعد، مما يحافظ على pH ثابت نسبيًا.

تعمل حلول المخازن على مبدأ مبدأ لو شاتلييه، الذي ينص على أنه عندما يتعرض نظام في حالة توازن للاضطراب، فإن التوازن يتحول لمواجهة الاضطراب. في حلول المخازن:

عندما تضاف كميات صغيرة من الحمض (H⁺)، تتفاعل مكوناتها القاعدية المرافقة مع أيونات الهيدروجين هذه، مما يقلل من تغيير pH
عندما تضاف كميات صغيرة من القاعدة (OH⁻)، توفر مكونات الحمض الضعيف أيونات الهيدروجين لتحييد أيونات الهيدروكسيد

تعتمد فعالية محلول المخزن على:

نسبة القاعدة المرافقة إلى الحمض الضعيف
التركيزات المطلقة للمكونات
قيمة pKa للحمض الضعيف
نطاق pH المطلوب (تعمل المخازن بشكل أفضل عندما يكون pH ≈ pKa ± 1)

pH = pKa + log([A⁻]/[HA])

HA (حمض) A⁻ (قاعدة مرافقة) مقياس pH حمضي قاعدي pKa

أسطورة: حمض (HA) قاعدة مرافقة (A⁻)

معادلة هندرسون-هاسلبالك

تعتبر معادلة هندرسون-هاسلبالك الأساس الرياضي لحساب pH حلول المخازن. تربط pH محلول المخزن بـ pKa للحمض الضعيف ونسبة تركيزات القاعدة المرافقة إلى الحمض:

$\text{pH} = \text{pKa} + \log\left(\frac{[\text{A}^-]}{[\text{HA}]}\right)$

حيث:

pH هو اللوغاريتم السالب لتركيز أيونات الهيدروجين
pKa هو اللوغاريتم السالب للثابت التفككي للحمض
[A⁻] هو التركيز المولي للقاعدة المرافقة
[HA] هو التركيز المولي للحمض الضعيف

تم اشتقاق هذه المعادلة من توازن التفكك الحمضي:

$\text{HA} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{A}^-$

يتم تعريف ثابت التفكك الحمضي (Ka) كالتالي:

$\text{Ka} = \frac{[\text{H}^+][\text{A}^-]}{[\text{HA}]}$

من خلال أخذ اللوغاريتم السالب للطرفين وإعادة الترتيب:

$\text{pH} = \text{pKa} + \log\left(\frac{[\text{A}^-]}{[\text{HA}]}\right)$

تستخدم حاسبتنا قيمة pKa تساوي 7.21، والتي تتوافق مع نظام المخزن الفوسفاتي (H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻) عند 25 درجة مئوية، وهو أحد أكثر أنظمة المخازن استخدامًا في الكيمياء الحيوية والبيئات المخبرية.

حساب سعة المخزن

تحدد سعة المخزن (β) مقاومة محلول المخزن لتغيرات pH عند إضافة أحماض أو قواعد. تكون سعتها القصوى عندما يكون pH مساوياً لـ pKa للحمض الضعيف. يمكن حساب سعة المخزن باستخدام:

$\beta = \frac{2.303 \times C \times K_a \times [H^+]}{(K_a + [H^+])^2}$

حيث:

β هي سعة المخزن
C هو التركيز الكلي لمكونات المخزن ([HA] + [A⁻])
Ka هو الثابت التفككي للحمض
[H⁺] هو تركيز أيونات الهيدروجين

لنفترض مثالاً عمليًا، اعتبر مخزن الفوسفات مع [HA] = 0.1 M و[A⁻] = 0.2 M:

التركيز الكلي C = 0.1 + 0.2 = 0.3 M
Ka = 10⁻⁷·²¹ = 6.17 × 10⁻⁸
عند pH 7.51، [H⁺] = 10⁻⁷·⁵¹ = 3.09 × 10⁻⁸

عند استبدال هذه القيم: 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

هذا يعني أنه عند إضافة 0.069 مول من الحمض القوي أو القاعدة لكل لتر، سيتغير pH بمقدار 1 وحدة.

كيفية استخدام حاسبة pH للمخازن

تم تصميم حاسبة pH للمخازن لتكون بسيطة وسهلة الاستخدام. اتبع هذه الخطوات لحساب pH محلول المخزن الخاص بك:

أدخل تركيز الحمض في حقل الإدخال الأول (بوحدات مولي، M)
أدخل تركيز القاعدة المرافقة في حقل الإدخال الثاني (بوحدات مولي، M)
اختياريًا، أدخل قيمة pKa مخصصة إذا كنت تعمل مع نظام مخزن آخر غير الفوسفات (قيمة pKa الافتراضية = 7.21)
انقر على زر "احسب pH" لإجراء الحساب
شاهد النتيجة المعروضة في قسم النتائج

ستظهر الحاسبة:

قيمة pH المحسوبة
تصور لمعادلة هندرسون-هاسلبالك مع قيم الإدخال الخاصة بك

إذا كنت بحاجة إلى إجراء حساب آخر، يمكنك إما:

النقر على زر "مسح" لإعادة تعيين جميع الحقول
ببساطة تغيير قيم الإدخال والنقر على "احسب pH" مرة أخرى

متطلبات الإدخال

للحصول على نتائج دقيقة، تأكد من أن:

كلا قيم التركيز أرقام موجبة
يتم إدخال التركيزات بوحدات مولي (مول/لتر)
القيم ضمن نطاقات معقولة للظروف المخبرية (عادة 0.001 M إلى 1 M)
إذا كنت تدخل قيمة pKa مخصصة، استخدم قيمة مناسبة لنظام المخزن الخاص بك

معالجة الأخطاء

ستعرض الحاسبة رسائل خطأ إذا:

تم ترك أي حقل إدخال فارغًا
تم إدخال قيم سالبة
تم إدخال قيم غير رقمية
تحدث أخطاء في الحساب بسبب قيم متطرفة

مثال حساب خطوة بخطوة

دعنا نمر بمثال كامل لتوضيح كيفية عمل حاسبة pH للمخازن:

مثال: حساب pH محلول مخزن يحتوي على 0.1 M من ثنائي هيدروجين الفوسفات (H₂PO₄⁻، شكل الحمض) و0.2 M من هيدروجين الفوسفات (HPO₄²⁻، شكل القاعدة المرافقة).

تحديد المكونات:
- تركيز الحمض [HA] = 0.1 M
- تركيز القاعدة المرافقة [A⁻] = 0.2 M
- pKa لـ H₂PO₄⁻ = 7.21 عند 25 درجة مئوية
تطبيق معادلة هندرسون-هاسلبالك:
- pH = pKa + log([A⁻]/[HA])
- pH = 7.21 + log(0.2/0.1)
- pH = 7.21 + log(2)
- pH = 7.21 + 0.301
- pH = 7.51
تفسير النتيجة:
- pH لهذا المحلول المخزن هو 7.51، وهو قاعدي قليلاً
- هذا pH ضمن النطاق الفعال لمخزن الفوسفات (تقريبًا 6.2-8.2)

حالات استخدام لحسابات pH للمخازن

تعتبر حسابات pH للمخازن ضرورية في العديد من التطبيقات العلمية والصناعية:

البحث في المختبر

التحليلات البيوكيميائية: تعمل العديد من الإنزيمات والبروتينات بشكل مثالي عند قيم pH محددة. تضمن المخازن ظروفًا مستقرة للحصول على نتائج تجريبية دقيقة.
دراسات الحمض النووي والحمض النووي الريبي: تتطلب استخراج الأحماض النووية، وPCR، والتسلسل التحكم الدقيق في pH.
زراعة الخلايا: من الضروري الحفاظ على pH الفسيولوجي (حوالي 7.4) لبقاء الخلايا ووظيفتها.

تطوير الأدوية

صياغة الأدوية: تعمل أنظمة المخازن على استقرار التحضيرات الصيدلانية وتؤثر على ذوبانية الدواء وتوافره البيولوجي.
مراقبة الجودة: يضمن مراقبة pH اتساق المنتج وسلامته.
اختبار الاستقرار: التنبؤ بكيفية تصرف تركيبات الأدوية تحت ظروف مختلفة.

التطبيقات السريرية

الاختبارات التشخيصية: تتطلب العديد من التحليلات السريرية ظروف pH محددة للحصول على نتائج دقيقة.
محاليل الوريد: تحتوي السوائل الوريدية غالبًا على أنظمة مخازن للحفاظ على التوافق مع pH الدم.
محاليل الغسيل الكلوي: يعد التحكم الدقيق في pH أمرًا حيويًا لسلامة المرضى وفعالية العلاج.

العمليات الصناعية

إنتاج الغذاء: يؤثر التحكم في pH على النكهة والملمس والحفاظ على المنتجات الغذائية.
معالجة مياه الصرف: تساعد أنظمة المخازن في الحفاظ على الظروف المثلى لعمليات المعالجة البيولوجية.
تصنيع المواد الكيميائية: تتطلب العديد من التفاعلات التحكم في pH لتحسين العائد والسلامة.

المراقبة البيئية

تقييم جودة المياه: تحتوي الأجسام المائية الطبيعية على أنظمة مخازن تقاوم التغيرات في pH.
تحليل التربة: يؤثر pH التربة على توافر المغذيات ونمو النباتات.
دراسات التلوث: فهم كيفية تأثير الملوثات على أنظمة المخازن الطبيعية.

بدائل لمعادلة هندرسون-هاسلبالك

بينما تعتبر معادلة هندرسون-هاسلبالك الطريقة الأكثر شيوعًا لحساب pH المخازن، هناك طرق بديلة لحالات معينة:

قياس pH المباشر: يوفر استخدام مقياس pH المعاير النتائج الأكثر دقة، خاصةً للخلائط المعقدة.
الحسابات الكاملة للتوازن: بالنسبة للحلول المخففة جدًا أو عندما تكون هناك توازنات متعددة، قد تكون الحاجة إلى حل مجموعة كاملة من المعادلات التوازنية ضرورية.
طرق عددية: يمكن أن توفر البرامج الحاسوبية التي تأخذ في الاعتبار معاملات النشاط والتوازنات المتعددة نتائج أكثر دقة للحلول غير المثالية.
الطرق التجريبية: في بعض التطبيقات الصناعية، قد تُستخدم الصيغ التجريبية المستمدة من البيانات التجريبية بدلاً من الحسابات النظرية.
حسابات سعة المخزن: لتصميم أنظمة المخازن، يمكن أن يكون حساب سعة المخزن (β = dB/dpH، حيث B هو مقدار القاعدة المضافة) أكثر فائدة من حسابات pH البسيطة.

تاريخ كيمياء المخازن ومعادلة هندرسون-هاسلبالك

تطورت فهم حلول المخازن ووصفها الرياضي بشكل كبير على مدى القرن الماضي:

الفهم المبكر للمخازن

تم وصف مفهوم التخزين الكيميائي لأول مرة بشكل منهجي من قبل الكيميائي الفرنسي مارسيليان بيرثيلوت في أواخر القرن التاسع عشر. ومع ذلك، كان لورانس جوزيف هندرسون، طبيب وكيميائي أمريكي، هو الذي قام بأول تحليل رياضي كبير لأنظمة المخازن في عام 1908.

تطوير المعادلة

طور هندرسون الشكل الأول لما سيصبح معادلة هندرسون-هاسلبالك أثناء دراسته لدور ثاني أكسيد الكربون في تنظيم pH الدم. تم نشر عمله في ورقة بعنوان "بشأن العلاقة بين قوة الأحماض وقدرتها على الحفاظ على الحيادية".

في عام 1916، أعاد كارل ألبرت ها سلبالك، طبيب وكيميائي دنماركي، صياغة معادلة هندرسون باستخدام تدوين pH (الذي قدمه سورنسن في عام 1909) بدلاً من تركيز أيونات الهيدروجين. جعلت هذه الصيغة اللوغاريتمية المعادلة أكثر عملية للاستخدام في المختبر وأصبحت النسخة التي نستخدمها اليوم.

التنقيح والتطبيق

على مدار القرن العشرين، أصبحت معادلة هندرسون-هاسلبالك حجر الزاوية في كيمياء الأحماض والقواعد والكيمياء الحيوية:

في عشرينيات وثلاثينيات القرن الماضي، تم تطبيق المعادلة لفهم أنظمة المخازن الفسيولوجية، وخاصة في الدم.
بحلول خمسينيات القرن الماضي، أصبحت حلول المخازن المحسوبة باستخدام المعادلة أدوات قياسية في البحث البيوكيميائي.
جعل تطوير أجهزة قياس pH الإلكترونية في منتصف القرن العشرين قياسات pH الدقيقة ممكنة، مما تحقق صحة تنبؤات المعادلة.
الآن، تسمح الأساليب الحاسوبية الحديثة بالتعديلات لأخذ سلوك الحلول غير المثالية في الاعتبار.

تظل المعادلة واحدة من أهم وأوسع العلاقات استخدامًا في الكيمياء، على الرغم من أنها مضى عليها أكثر من قرن.

أمثلة على الشيفرات لحساب pH للمخزن

إليك تنفيذات لمعادلة هندرسون-هاسلبالك في لغات برمجة مختلفة:

1def calculate_buffer_ph(acid_concentration, base_concentration, pKa=7.21):
2    """
3    حساب pH محلول المخزن باستخدام معادلة هندرسون-هاسلبالك.
4    
5    المعلمات:
6    تركيز الحمض (float): تركيز الحمض بالوحدات المولية
7    تركيز القاعدة (float): تركيز القاعدة المرافقة بالوحدات المولية
8    pKa (float): ثابت التفكك الحمضي (الافتراضي: 7.21 لنظام المخزن الفوسفاتي)
9    
10    العائدات:
11    (float): pH محلول المخزن
12    """
13    import math
14    
15    if acid_concentration <= 0 or base_concentration <= 0:
16        raise ValueError("يجب أن تكون التركيزات قيمًا موجبة")
17    
18    ratio = base_concentration / acid_concentration
19    pH = pKa + math.log10(ratio)
20    
21    return round(pH, 2)
22
23# مثال على الاستخدام
24try:
25    acid_conc = 0.1  # مول/لتر
26    base_conc = 0.2  # مول/لتر
27    pH = calculate_buffer_ph(acid_conc, base_conc)
28    print(f"pH المخزن: {pH}")
29except ValueError as e:
30    print(f"خطأ: {e}")
31

1function calculateBufferPH(acidConcentration, baseConcentration, pKa = 7.21) {
2  // التحقق من صحة المدخلات
3  if (acidConcentration <= 0 || baseConcentration <= 0) {
4    throw new Error("يجب أن تكون التركيزات قيمًا موجبة");
5  }
6  
7  // تطبيق معادلة هندرسون-هاسلبالك
8  const ratio = baseConcentration / acidConcentration;
9  const pH = pKa + Math.log10(ratio);
10  
11  // التقريب إلى منزلتين عشريتين
12  return Math.round(pH * 100) / 100;
13}
14
15// مثال على الاستخدام
16try {
17  const acidConc = 0.1; // مول/لتر
18  const baseConc = 0.2; // مول/لتر
19  const pH = calculateBufferPH(acidConc, baseConc);
20  console.log(`pH المخزن: ${pH}`);
21} catch (error) {
22  console.error(`خطأ: ${error.message}`);
23}
24

1public class BufferPHCalculator {
2    private static final double DEFAULT_PKA = 7.21; // قيمة pKa الافتراضية لنظام المخزن الفوسفاتي
3    
4    /**
5     * يحسب pH محلول المخزن باستخدام معادلة هندرسون-هاسلبالك
6     * 
7     * @param acidConcentration تركيز الحمض بالوحدات المولية
8     * @param baseConcentration تركيز القاعدة المرافقة بالوحدات المولية
9     * @param pKa ثابت التفكك الحمضي
10     * @return pH محلول المخزن
11     * @throws IllegalArgumentException إذا لم تكن التركيزات موجبة
12     */
13    public static double calculateBufferPH(double acidConcentration, 
14                                          double baseConcentration, 
15                                          double pKa) {
16        // التحقق من صحة المدخلات
17        if (acidConcentration <= 0 || baseConcentration <= 0) {
18            throw new IllegalArgumentException("يجب أن تكون التركيزات قيمًا موجبة");
19        }
20        
21        // تطبيق معادلة هندرسون-هاسلبالك
22        double ratio = baseConcentration / acidConcentration;
23        double pH = pKa + Math.log10(ratio);
24        
25        // التقريب إلى منزلتين عشريتين
26        return Math.round(pH * 100.0) / 100.0;
27    }
28    
29    /**
30     * طريقة مفرطة باستخدام قيمة pKa الافتراضية
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; // مول/لتر
40            double baseConc = 0.2; // مول/لتر
41            double pH = calculateBufferPH(acidConc, baseConc);
42            System.out.printf("pH المخزن: %.2f%n", pH);
43        } catch (IllegalArgumentException e) {
44            System.err.println("خطأ: " + e.getMessage());
45        }
46    }
47}
48

1' دالة Excel لحساب pH للمخزن
2Function BufferPH(acidConcentration As Double, baseConcentration As Double, Optional pKa As Double = 7.21) As Double
3    ' التحقق من صحة المدخلات
4    If acidConcentration <= 0 Or baseConcentration <= 0 Then
5        BufferPH = CVErr(xlErrValue)
6        Exit Function
7    End If
8    
9    ' تطبيق معادلة هندرسون-هاسلبالك
10    Dim ratio As Double
11    ratio = baseConcentration / acidConcentration
12    
13    BufferPH = pKa + Application.WorksheetFunction.Log10(ratio)
14    
15    ' التقريب إلى منزلتين عشريتين
16    BufferPH = Round(BufferPH, 2)
17End Function
18
19' الاستخدام في خلية Excel: =BufferPH(0.1, 0.2)
20

1calculate_buffer_ph <- function(acid_concentration, base_concentration, pKa = 7.21) {
2  # التحقق من صحة المدخلات
3  if (acid_concentration <= 0 || base_concentration <= 0) {
4    stop("يجب أن تكون التركيزات قيمًا موجبة")
5  }
6  
7  # تطبيق معادلة هندرسون-هاسلبالك
8  ratio <- base_concentration / acid_concentration
9  pH <- pKa + log10(ratio)
10  
11  # التقريب إلى منزلتين عشريتين
12  return(round(pH, 2))
13}
14
15# مثال على الاستخدام
16acid_conc <- 0.1  # مول/لتر
17base_conc <- 0.2  # مول/لتر
18tryCatch({
19  pH <- calculate_buffer_ph(acid_conc, base_conc)
20  cat(sprintf("pH المخزن: %.2f\n", pH))
21}, error = function(e) {
22  cat(sprintf("خطأ: %s\n", e$message))
23})
24

1function pH = calculateBufferPH(acidConcentration, baseConcentration, pKa)
2    % حساب pH محلول المخزن
3    %   pH = حسابBufferPH(acidConcentration, baseConcentration) 
4    %   يحسب pH باستخدام معادلة هندرسون-هاسلبالك
5    %
6    %   pH = حسابBufferPH(acidConcentration, baseConcentration, pKa)
7    %   يستخدم قيمة pKa المحددة بدلاً من الافتراضية (7.21)
8    
9    % تعيين pKa الافتراضية إذا لم يتم توفيرها
10    if nargin < 3
11        pKa = 7.21; % قيمة pKa الافتراضية لنظام المخزن الفوسفاتي
12    end
13    
14    % التحقق من صحة المدخلات
15    if acidConcentration <= 0 || baseConcentration <= 0
16        error('يجب أن تكون التركيزات قيمًا موجبة');
17    end
18    
19    % تطبيق معادلة هندرسون-هاسلبالك
20    ratio = baseConcentration / acidConcentration;
21    pH = pKa + log10(ratio);
22    
23    % التقريب إلى منزلتين عشريتين
24    pH = round(pH * 100) / 100;
25end
26
27% مثال على الاستخدام
28try
29    acidConc = 0.1; % مول/لتر
30    baseConc = 0.2; % مول/لتر
31    pH = calculateBufferPH(acidConc, baseConc);
32    fprintf('pH المخزن: %.2f\n', pH);
33catch ME
34    fprintf('خطأ: %s\n', ME.message);
35end
36

أمثلة عددية

إليك عدة أمثلة لحسابات pH للمخازن لنسب تركيزات مختلفة:

مثال 1: تركيزات متساوية

تركيز الحمض: 0.1 M
تركيز القاعدة: 0.1 M
pKa: 7.21
الحساب: pH = 7.21 + log(0.1/0.1) = 7.21 + log(1) = 7.21 + 0 = 7.21
النتيجة: pH = 7.21

مثال 2: المزيد من القاعدة مقارنة بالحمض

تركيز الحمض: 0.1 M
تركيز القاعدة: 0.2 M
pKa: 7.21
الحساب: pH = 7.21 + log(0.2/0.1) = 7.21 + log(2) = 7.21 + 0.301 = 7.51
النتيجة: pH = 7.51

مثال 3: المزيد من الحمض مقارنة بالقاعدة

تركيز الحمض: 0.2 M
تركيز القاعدة: 0.05 M
pKa: 7.21
الحساب: pH = 7.21 + log(0.05/0.2) = 7.21 + log(0.25) = 7.21 + (-0.602) = 6.61
النتيجة: pH = 6.61

مثال 4: تركيزات مختلفة جدًا

تركيز الحمض: 0.01 M
تركيز القاعدة: 0.5 M
pKa: 7.21
الحساب: pH = 7.21 + log(0.5/0.01) = 7.21 + log(50) = 7.21 + 1.699 = 8.91
النتيجة: pH = 8.91

مثال 5: نظام مخزن مختلف (حمض الأسيتيك/أسيتات)

تركيز الحمض: 0.1 M (حمض الأسيتيك)
تركيز القاعدة: 0.1 M (أسيتات الصوديوم)
pKa: 4.76 (لحمض الأسيتيك)
الحساب: pH = 4.76 + log(0.1/0.1) = 4.76 + log(1) = 4.76 + 0 = 4.76
النتيجة: pH = 4.76

الأسئلة الشائعة (FAQ)

ما هو محلول المخزن؟

محلول المخزن هو مزيج يقاوم التغيرات في pH عند إضافة كميات صغيرة من الحمض أو القاعدة. يتكون عادة من حمض ضعيف وقاعدته المرافقة (أو قاعدة ضعيفة وحمضها المرافق) بتركيزات كبيرة.

كيف تعمل معادلة هندرسون-هاسلبالك؟

ترتبط معادلة هندرسون-هاسلبالك (pH = pKa + log([base]/[acid])) pH محلول المخزن بـ pKa للحمض الضعيف ونسبة تركيزات القاعدة المرافقة إلى الحمض. تم اشتقاقها من توازن التفكك الحمضي وتسمح بإجراء حسابات pH مباشرة.

ما هي النسبة المثالية للحمض إلى القاعدة في المخزن؟

لتحقيق أقصى سعة تخزين، يجب أن تكون نسبة القاعدة المرافقة إلى الحمض قريبة من 1:1، مما يعطي pH مساوياً لـ pKa. يُعتبر النطاق الفعال عمومًا ضمن ±1 وحدة pH من pKa.

كيف أختار المخزن المناسب لتجربتي؟

اختر مخزنًا بقيمة pKa قريبة من pH المطلوب (يفضل ضمن ±1 وحدة pH). ضع في اعتبارك عوامل أخرى مثل استقرار درجة الحرارة، والتوافق مع نظامك البيولوجي أو تفاعلك، والتداخل الأدنى مع التحليلات أو القياسات.

هل يؤثر درجة الحرارة على pH المخزن؟

نعم، تؤثر درجة الحرارة على كل من pKa للحمض وتفكك الماء، مما قد يغير pH محلول المخزن. يتم الإبلاغ عن معظم قيم pKa عند 25 درجة مئوية، وقد تتطلب الانحرافات الكبيرة عن هذه القيمة عوامل تصحيح.

هل يمكنني مزج مخازن مختلفة لتحقيق pH محدد؟

بينما من الممكن مزج أنظمة مخازن مختلفة، إلا أنه عادةً لا يُوصى بذلك لأنه يعقد التوازن وقد يؤدي إلى سلوك غير متوقع. من الأفضل اختيار نظام مخزن واحد بقيمة pKa قريبة من pH المستهدف.

ما هي سعة المخزن وكيف يتم حسابها؟

تعتبر سعة المخزن (β) مقياسًا لمقاومة المخزن لتغيرات pH عند إضافة أحماض أو قواعد. يتم تعريفها على أنها مقدار الحمض أو القاعدة اللازمة لتغيير pH بمقدار وحدة واحدة، وتكون قصوى عندما يكون pH = pKa. يمكن حسابها على أنها β = 2.303 × C × (Ka × [H⁺]) / (Ka + [H⁺])²، حيث C هو التركيز الكلي للمخزن.

كيف أعد مخزنًا بـ pH محدد؟

احسب النسبة المطلوبة من القاعدة المرافقة إلى الحمض باستخدام معادلة هندرسون-هاسلبالك المعاد ترتيبها كالتالي [base]/[acid] = 10^(pH-pKa). ثم قم بإعداد محاليل بالتركيزات المناسبة لتحقيق هذه النسبة.

لماذا تختلف قيمة pH التي قمت بقياسها عن القيمة المحسوبة؟

يمكن أن تنشأ التباينات من عوامل مثل:

تأثيرات النشاط في الحلول غير المثالية (خصوصًا عند التركيزات العالية)
اختلافات درجة الحرارة
الشوائب في المواد الكيميائية
أخطاء معايرة مقياس pH
تأثيرات القوة الأيونية

هل يمكن استخدام معادلة هندرسون-هاسلبالك للأحماض متعددة البروتونات؟

يمكن تطبيق معادلة هندرسون-هاسلبالك على كل خطوة تفكك بشكل منفصل، ولكن فقط إذا كانت قيم pKa مختلفة بما فيه الكفاية (عادةً أكثر من 2 وحدة pH). خلاف ذلك، قد تكون هناك حاجة إلى حسابات توازن أكثر تعقيدًا.

المراجع

بو، هنري ن.، وسينوزان، ن. م. "معادلة هندرسون-هاسلبالك: تاريخها وحدودها." مجلة تعليم الكيمياء، المجلد 78، العدد 11، 2001، الصفحات 1499-1503.
جيد، نورمان إي.، وآخرون. "Buffers for Biological Research." الكيمياء الحيوية، المجلد 5، العدد 2، 1966، الصفحات 467-477.
بيون، روبرت ج.، وديمبسي، ج. س. محاليل المخازن: الأساسيات. مطبعة أكسفورد، 1996.
ستول، فينسنت س.، وجون س. بلانشارد. "Buffers: Principles and Practice." طرق في الإنزيمات، المجلد 182، 1990، الصفحات 24-38.
مارتل، آرثر إي.، وروبرت م. سميث. ثوابت الاستقرار الحرجة. مطبعة بلينوم، 1974-1989.
إليسون، سباركل ل.، وآخرون. "Buffer: A Guide to the Preparation and Use of Buffers in Biological Systems." الكيمياء التحليلية، المجلد 104، العدد 2، 1980، الصفحات 300-310.
موهان، تشاندرا. Buffers: A Guide for the Preparation and Use of Buffers in Biological Systems. كالبيوكيم، 2003.
بيرين، د. د.، وديمبسي، بوي. Buffers for pH and Metal Ion Control. مطبعة تشابمان وهول، 1974.

💬

ردود الفعل

💬

انقر على الخبز المحمص لبدء إعطاء التغذية الراجعة حول هذه الأداة

🔗

الأدوات ذات الصلة

اكتشف المزيد من الأدوات التي قد تكون مفيدة لسير عملك

حاسبة pH للمخازن: أداة معادلة هندرسون-هاسيلبالخ

حاسبة pH للمخزن

النتائج

التوثيق

حاسبة pH للمخازن

المقدمة

ما هو محلول المخزن؟

معادلة هندرسون-هاسلبالك

حساب سعة المخزن

كيفية استخدام حاسبة pH للمخازن

متطلبات الإدخال

معالجة الأخطاء

مثال حساب خطوة بخطوة

حالات استخدام لحسابات pH للمخازن

البحث في المختبر

تطوير الأدوية

التطبيقات السريرية

العمليات الصناعية

المراقبة البيئية

بدائل لمعادلة هندرسون-هاسلبالك

تاريخ كيمياء المخازن ومعادلة هندرسون-هاسلبالك

الفهم المبكر للمخازن

تطوير المعادلة

التنقيح والتطبيق

أمثلة على الشيفرات لحساب pH للمخزن

أمثلة عددية

مثال 1: تركيزات متساوية

مثال 2: المزيد من القاعدة مقارنة بالحمض

مثال 3: المزيد من الحمض مقارنة بالقاعدة

مثال 4: تركيزات مختلفة جدًا

مثال 5: نظام مخزن مختلف (حمض الأسيتيك/أسيتات)

الأسئلة الشائعة (FAQ)

ما هو محلول المخزن؟

كيف تعمل معادلة هندرسون-هاسلبالك؟

ما هي النسبة المثالية للحمض إلى القاعدة في المخزن؟

كيف أختار المخزن المناسب لتجربتي؟

هل يؤثر درجة الحرارة على pH المخزن؟

هل يمكنني مزج مخازن مختلفة لتحقيق pH محدد؟

ما هي سعة المخزن وكيف يتم حسابها؟

كيف أعد مخزنًا بـ pH محدد؟

لماذا تختلف قيمة pH التي قمت بقياسها عن القيمة المحسوبة؟

هل يمكن استخدام معادلة هندرسون-هاسلبالك للأحماض متعددة البروتونات؟

المراجع

ردود الفعل

الأدوات ذات الصلة

حاسبة سعة العازل | استقرار pH في المحاليل الكيميائية

حاسبة المعايرة: تحديد تركيز المادة بدقة

حاسبة معادلة الحمض والقاعدة للتفاعلات الكيميائية

حاسبة الضغط الجزئي لخلائط الغازات | قانون دالتون

حاسبة pH لمحلول العازل هيندرسون-هاسيلبالخ

حاسبة قيمة pH: تحويل تركيز أيون الهيدروجين إلى pH

حاسبة تخفيف المبيض: امزج المحاليل المثالية في كل مرة

حاسبة قيمة الرقم الهيدروجيني: تحويل تركيز أيون الهيدروجين إلى الرقم الهيدروجيني

آلة حساب النسب: ابحث عن نسب المكونات المثالية