Buferio pH Skaičiuoklis

Įvadas

Buferio pH skaičiuoklis yra esminis įrankis chemikams, biochemikams ir studentams, dirbantiems su buferinėmis tirpalais. Šis skaičiuoklis taiko Henderson-Hasselbalch lygtį, kad nustatytų buferinio tirpalo pH, remiantis silpno rūgšties ir jos konjugato bazės koncentracijomis. Buferiniai tirpalai yra svarbūs laboratorinėse aplinkose, biologiniuose sistemose ir pramoniniuose procesuose, kur stabilaus pH palaikymas yra būtinas. Mūsų vartotojui draugiškas skaičiuoklis supaprastina sudėtingus skaičiavimus, susijusius su buferio pH nustatymu, leidžiant greitai ir tiksliai gauti rezultatus be rankinių skaičiavimų.

Kas yra buferinis tirpalas?

Buferinis tirpalas yra mišinys, kuris atsispiria pH pokyčiams, kai pridedama nedideliais kiekiais rūgšties arba šarmo. Jis paprastai susideda iš silpnos rūgšties ir jos konjugato bazės (arba silpnos bazės ir jos konjugato rūgšties) reikšmingose koncentracijose. Ši kombinacija leidžia tirpalui neutralizuoti nedidelius rūgščių ar šarmų priedus, palaikant santykinai stabilų pH.

Buferiniai tirpalai veikia pagal Le Chatelier principą, kuris teigia, kad kai sistema, esanti pusiausvyroje, yra trikdoma, pusiausvyra pasislenka, kad kompensuotų trikdžius. Buferiniuose tirpaluose:

Kai pridedama nedideliais kiekiais rūgšties (H⁺), konjugato bazės komponentas reaguoja su šiais vandenilio jonais, sumažindamas pH pokytį
Kai pridedama nedideliais kiekiais šarmo (OH⁻), silpno rūgšties komponentas suteikia vandenilio jonus, kad neutralizuotų hidroksido jonus

Buferinio tirpalo efektyvumas priklauso nuo:

Konjugato bazės ir silpnos rūgšties santykio
Komponentų absoliučių koncentracijų
Silpnos rūgšties pKa
Norimo pH intervalo (buferiai geriausiai veikia, kai pH ≈ pKa ± 1)

pH = pKa + log([A⁻]/[HA])

HA (Rūgštis) A⁻ (Konjugato Bazė) pH Skalė Rūgštus Šarminis pKa

Legend: Rūgštis (HA) Konjugato Bazė (A⁻)

Henderson-Hasselbalch lygtis

Henderson-Hasselbalch lygtis yra matematinis pagrindas buferinių tirpalų pH skaičiavimams. Ji sieja buferio pH su silpnos rūgšties pKa ir konjugato bazės bei rūgšties koncentracijų santykiu:

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

Kur:

pH yra neigiamas vandenilio jonų koncentracijos logaritmas
pKa yra neigiamas rūgšties disociacijos konstantos logaritmas
[A⁻] yra konjugato bazės molinė koncentracija
[HA] yra silpnos rūgšties molinė koncentracija

Ši lygtis yra išvestinė iš rūgšties disociacijos pusiausvyros:

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

Rūgšties disociacijos konstanta (Ka) apibrėžiama kaip:

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

Paimant neigiamą logaritmą iš abiejų pusių ir perstatant:

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

Mūsų skaičiuoklėje naudojame pKa vertę 7.21, kuri atitinka fosfato buferinę sistemą (H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻) 25°C temperatūroje, viena iš dažniausiai naudojamų buferinių sistemų biochemijoje ir laboratorinėse aplinkose.

Buferio talpos skaičiavimas

Buferio talpa (β) kvantifikuoja buferinio tirpalo atsparumą pH pokyčiams, kai pridedama rūgščių ar šarmų. Ji yra maksimali, kai pH lygu pKa silpnos rūgšties. Buferio talpa gali būti apskaičiuota naudojant:

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

Kur:

β yra buferio talpa
C yra bendroji buferio komponentų koncentracija ([HA] + [A⁻])
Ka yra rūgšties disociacijos konstanta
[H⁺] yra vandenilio jonų koncentracija

Praktiniam pavyzdžiui, apsvarstykime mūsų fosfato buferį su [HA] = 0.1 M ir [A⁻] = 0.2 M:

Bendroji koncentracija C = 0.1 + 0.2 = 0.3 M
Ka = 10⁻⁷·²¹ = 6.17 × 10⁻⁸
pH 7.51 atveju, [H⁺] = 10⁻⁷·⁵¹ = 3.09 × 10⁻⁸

Pakeitus šias vertes: 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

Tai reiškia, kad pridėjus 0.069 molių stiprios rūgšties ar šarmo į litrą, pH pasikeistų 1 vienetu.

Kaip naudoti buferio pH skaičiuoklį

Mūsų buferio pH skaičiuoklis sukurtas paprastumui ir lengvumui naudoti. Sekite šiuos žingsnius, kad apskaičiuotumėte savo buferinio tirpalo pH:

Įveskite rūgšties koncentraciją pirmame įvedimo lauke (molarinėse vienetų, M)
Įveskite konjugato bazės koncentraciją antrame įvedimo lauke (molarinėse vienetų, M)
Pasirinktinai, įveskite pasirinktą pKa vertę, jei dirbate su buferine sistema, skirtinga nuo fosfato (numatytoji pKa = 7.21)
Paspauskite mygtuką „Apskaičiuoti pH“, kad atliktumėte skaičiavimą
Peržiūrėkite rezultatą, rodomą rezultatų sekcijoje

Skaičiuoklė parodys:

Apskaičiuotą pH vertę
Henderson-Hasselbalch lygties vizualizaciją su jūsų įvestomis vertėmis

Jei norite atlikti kitą skaičiavimą, galite:

Paspausti mygtuką „Išvalyti“, kad iš naujo nustatytumėte visus laukus
Tiesiog pakeisti įvesties vertes ir dar kartą paspausti „Apskaičiuoti pH“

Įvedimo reikalavimai

Norint gauti tikslius rezultatus, užtikrinkite, kad:

Abi koncentracijos būtų teigiami skaičiai
Koncentracijos būtų įvedamos molinėse vienetų (mol/L)
Vertės būtų pagrįstose laboratorinėse sąlygose (paprastai 0.001 M iki 1 M)
Jei įvedate pasirinktą pKa, naudokite vertę, tinkamą jūsų buferinei sistemai

Klaidos tvarkymas

Skaičiuoklė rodys klaidų pranešimus, jei:

Bet kuris įvedimo laukas paliktas tuščias
Įvestos neigiamos vertės
Įvestos ne skaitinės vertės
Apskaičiavimo klaidos įvyksta dėl ekstremalių verčių

Žingsnis po žingsnio skaičiavimo pavyzdys

Pereikime per pilną pavyzdį, kad parodytume, kaip veikia buferio pH skaičiuoklis:

Pavyzdys: Apskaičiuokite fosfato buferinio tirpalo pH, kuriame yra 0.1 M dihidrogenfosfato (H₂PO₄⁻, rūgšties forma) ir 0.2 M hidrogenfosfato (HPO₄²⁻, konjugato bazės forma).

Nustatykite komponentus:
- Rūgšties koncentracija [HA] = 0.1 M
- Konjugato bazės koncentracija [A⁻] = 0.2 M
- pKa H₂PO₄⁻ = 7.21 25°C temperatūroje
Taikykite Henderson-Hasselbalch lygtį:
- 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
Interpretuokite rezultatą:
- Šio buferinio tirpalo pH yra 7.51, kuris yra šiek tiek šarminis
- Šis pH yra fosfato buferio efektyviame intervale (maždaug 6.2-8.2)

Buferio pH skaičiavimo naudojimo atvejai

Buferio pH skaičiavimai yra esminiai daugybėje mokslinių ir pramoninių taikymų:

Laboratoriniai tyrimai

Biocheminiai bandymai: Daugelis fermentų ir baltymų optimaliai veikia tam tikrose pH vertėse. Buferiai užtikrina stabilias sąlygas tiksliems eksperimentiniams rezultatams.
DNR ir RNR tyrimai: Nukleorūgščių išskyrimas, PCR ir sekvenavimas reikalauja tikslaus pH valdymo.
Ląstelių kultūra: Fiziologinio pH (maždaug 7.4) palaikymas yra būtinas ląstelių gyvybingumui ir funkcijai.

Vaistų kūrimas

Vaistų formulavimas: Buferinės sistemos stabilizuoja farmacinius preparatus ir veikia vaisto tirpumą bei biologinį prieinamumą.
Kokybės kontrolė: pH stebėjimas užtikrina produkto nuoseklumą ir saugumą.
Stabilumo testavimas: Prognozuojant, kaip vaistų formulės elgsis įvairiomis sąlygomis.

Klinikinės taikymo sritys

Diagnostiniai testai: Daugelis klinikinių bandymų reikalauja specifinių pH sąlygų tiksliems rezultatams.
Intraveniniai tirpalai: IV skysčiai dažnai turi buferinių sistemų, kad būtų užtikrintas suderinamumas su kraujo pH.
Dializės tirpalai: Tikslaus pH valdymas yra kritiškai svarbus pacientų saugumui ir gydymo efektyvumui.

Pramoniniai procesai

Maisto gamyba: pH valdymas veikia skonį, tekstūrą ir maisto produktų išsaugojimą.
Nuotekų valymas: Buferinės sistemos padeda palaikyti optimalias sąlygas biologinėms valymo procesams.
Cheminė gamyba: Daugelis reakcijų reikalauja pH valdymo, kad būtų optimizuotas derlius ir saugumas.

Aplinkos stebėjimas

Vandens kokybės vertinimas: Natūralūs vandens telkiniai turi buferines sistemas, kurios atsispiria pH pokyčiams.
Dirvožemio analizė: Dirvožemio pH veikia maistinių medžiagų prieinamumą ir augalų augimą.
Taršos tyrimai: Supratimas, kaip teršalai veikia natūralius buferius.

Alternatyvos Henderson-Hasselbalch lygtiai

Nors Henderson-Hasselbalch lygtis yra dažniausiai naudojama buferių pH skaičiavimams, yra alternatyvūs metodai specifinėms situacijoms:

Tiesioginis pH matavimas: Kalibruotas pH metras teikia tiksliausią pH nustatymą, ypač sudėtingiems mišiniams.
Visiškas pusiausvyros skaičiavimas: Labai skiedžiamoms tirpalams arba kai dalyvauja keli pusiausvyros taškai, gali prireikti išspręsti visą pusiausvyros lygtį.
Skaitmeniniai metodai: Kompiuterinės programos, kurios atsižvelgia į aktyvumo koeficientus ir kelis pusiausvyros taškus, gali pateikti tikslesnius rezultatus neidealiose tirpaluose.
Empiriniai metodai: Kai kuriose pramonės taikymo srityse gali būti naudojamos empirinės formulės, gautos iš eksperimentinių duomenų, vietoj teorinių skaičiavimų.
Buferio talpos skaičiavimai: Projektuojant buferines sistemas, buferio talpos (β = dB/dpH, kur B yra pridėtos bazės kiekis) skaičiavimas gali būti naudingesnis nei paprasti pH skaičiavimai.

Buferių chemijos ir Henderson-Hasselbalch lygties istorija

Supratimas apie buferinius tirpalus ir jų matematinį aprašymą per pastarąjį šimtmetį žymiai išsivystė:

Ankstyvas buferių supratimas

Chemijos buferių koncepcija pirmą kartą sistemingai aprašyta XIX a. pabaigoje Prancūzų chemiko Marcellin Berthelot. Tačiau pirmasis reikšmingas buferinių sistemų matematinis analizavimas buvo atliktas amerikiečio gydytojo ir biochemiko Lawrence Joseph Henderson 1908 m.

Lygties plėtra

Hendersonas sukūrė pradinę formą to, kas taps Henderson-Hasselbalch lygtimi, tyrinėdamas anglies dioksido vaidmenį kraujo pH reguliavime. Jo darbas buvo paskelbtas straipsnyje pavadinimu „Apie ryšį tarp rūgščių stiprumo ir jų gebėjimo išlaikyti neutralumą.“

1916 m. Karl Albert Hasselbalch, danų gydytojas ir chemikas, pertvarkė Hendersono lygtį, naudodamas pH notaciją (įvesta Sørensen 1909 m.) vietoj vandenilio jonų koncentracijos. Ši logaritminė forma padarė lygtį praktiškesnę laboratoriniam naudojimui ir yra versija, kurią naudojame šiandien.

Tobulinimas ir taikymas

XX a. Henderson-Hasselbalch lygtis tapo buferinių tirpalų ir biochemijos pagrindu:

1920-aisiais ir 1930-aisiais ši lygtis buvo taikoma fiziologinių buferinių sistemų supratimui, ypač kraujyje.
1950-aisiais buferiai, apskaičiuoti naudojant šią lygtį, tapo standartiniais įrankiais biocheminiuose tyrimuose.
Elektroninių pH metrų plėtra XX a. viduryje padarė tikslų pH matavimą įmanomu, patvirtindama lygties prognozes.
Šiuolaikiniai kompiuteriniai metodai dabar leidžia tobulinti, atsižvelgiant į neidealų elgesį koncentruotuose tirpaluose.

Lygtis išlieka viena iš svarbiausių ir plačiausiai naudojamų chemijos santykių, nepaisant to, kad ji yra daugiau nei šimtmečio senumo.

Kodo pavyzdžiai buferio pH skaičiavimui

Štai Henderson-Hasselbalch lygties įgyvendinimai įvairiose programavimo kalbose:

1def calculate_buffer_ph(acid_concentration, base_concentration, pKa=7.21):
2    """
3    Apskaičiuokite buferio pH naudojant Henderson-Hasselbalch lygtį.
4    
5    Parametrai:
6    acid_concentration (float): Rūgšties koncentracija mol/L
7    base_concentration (float): Konjugato bazės koncentracija mol/L
8    pKa (float): Rūgšties disociacijos konstanta (numatytoji: 7.21 fosfato buferiui)
9    
10    Grąžina:
11    float: Buferio tirpalo pH
12    """
13    import math
14    
15    if acid_concentration <= 0 or base_concentration <= 0:
16        raise ValueError("Koncentracijos turi būti teigiamos vertės")
17    
18    ratio = base_concentration / acid_concentration
19    pH = pKa + math.log10(ratio)
20    
21    return round(pH, 2)
22
23# Pavyzdžio naudojimas
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"Buferio pH: {pH}")
29except ValueError as e:
30    print(f"Klaida: {e}")
31

1function calculateBufferPH(acidConcentration, baseConcentration, pKa = 7.21) {
2  // Patikrinkite įvestis
3  if (acidConcentration <= 0 || baseConcentration <= 0) {
4    throw new Error("Koncentracijos turi būti teigiamos vertės");
5  }
6  
7  // Taikykite Henderson-Hasselbalch lygtį
8  const ratio = baseConcentration / acidConcentration;
9  const pH = pKa + Math.log10(ratio);
10  
11  // Apvalinkite iki 2 dešimtainių vietų
12  return Math.round(pH * 100) / 100;
13}
14
15// Pavyzdžio naudojimas
16try {
17  const acidConc = 0.1; // mol/L
18  const baseConc = 0.2; // mol/L
19  const pH = calculateBufferPH(acidConc, baseConc);
20  console.log(`Buferio pH: ${pH}`);
21} catch (error) {
22  console.error(`Klaida: ${error.message}`);
23}
24

1public class BufferPHCalculator {
2    private static final double DEFAULT_PKA = 7.21; // Numatytoji pKa fosfato buferiui
3    
4    /**
5     * Apskaičiuoja buferio tirpalo pH naudojant Henderson-Hasselbalch lygtį
6     * 
7     * @param acidConcentration Rūgšties koncentracija mol/L
8     * @param baseConcentration Konjugato bazės koncentracija mol/L
9     * @param pKa Rūgšties disociacijos konstanta
10     * @return Buferio tirpalo pH
11     * @throws IllegalArgumentException jei koncentracijos nėra teigiamos
12     */
13    public static double calculateBufferPH(double acidConcentration, 
14                                          double baseConcentration, 
15                                          double pKa) {
16        // Patikrinkite įvestis
17        if (acidConcentration <= 0 || baseConcentration <= 0) {
18            throw new IllegalArgumentException("Koncentracijos turi būti teigiamos vertės");
19        }
20        
21        // Taikykite Henderson-Hasselbalch lygtį
22        double ratio = baseConcentration / acidConcentration;
23        double pH = pKa + Math.log10(ratio);
24        
25        // Apvalinkite iki 2 dešimtainių vietų
26        return Math.round(pH * 100.0) / 100.0;
27    }
28    
29    /**
30     * Perkrovimo metodas, naudojantis numatytąją pKa vertę
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("Buferio pH: %.2f%n", pH);
43        } catch (IllegalArgumentException e) {
44            System.err.println("Klaida: " + e.getMessage());
45        }
46    }
47}
48

1' Excel funkcija buferio pH skaičiavimui
2Function BufferPH(acidConcentration As Double, baseConcentration As Double, Optional pKa As Double = 7.21) As Double
3    ' Patikrinkite įvestis
4    If acidConcentration <= 0 Or baseConcentration <= 0 Then
5        BufferPH = CVErr(xlErrValue)
6        Exit Function
7    End If
8    
9    ' Taikykite Henderson-Hasselbalch lygtį
10    Dim ratio As Double
11    ratio = baseConcentration / acidConcentration
12    
13    BufferPH = pKa + Application.WorksheetFunction.Log10(ratio)
14    
15    ' Apvalinkite iki 2 dešimtainių vietų
16    BufferPH = Round(BufferPH, 2)
17End Function
18
19' Naudojimas Excel ląstelėje: =BufferPH(0.1, 0.2)
20

1calculate_buffer_ph <- function(acid_concentration, base_concentration, pKa = 7.21) {
2  # Patikrinkite įvestis
3  if (acid_concentration <= 0 || base_concentration <= 0) {
4    stop("Koncentracijos turi būti teigiamos vertės")
5  }
6  
7  # Taikykite Henderson-Hasselbalch lygtį
8  ratio <- base_concentration / acid_concentration
9  pH <- pKa + log10(ratio)
10  
11  # Apvalinkite iki 2 dešimtainių vietų
12  return(round(pH, 2))
13}
14
15# Pavyzdžio naudojimas
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("Buferio pH: %.2f\n", pH))
21}, error = function(e) {
22  cat(sprintf("Klaida: %s\n", e$message))
23})
24

1function pH = calculateBufferPH(acidConcentration, baseConcentration, pKa)
2    % CALCULATEBUFFERPH Apskaičiuokite buferio tirpalo pH
3    %   pH = CALCULATEBUFFERPH(acidConcentration, baseConcentration) 
4    %   apskaičiuoja pH naudojant Henderson-Hasselbalch lygtį
5    %
6    %   pH = CALCULATEBUFFERPH(acidConcentration, baseConcentration, pKa)
7    %   naudoja nurodytą pKa vertę vietoj numatytos (7.21)
8    
9    % Nustatykite numatytą pKa, jei nepateikta
10    if nargin < 3
11        pKa = 7.21; % Numatytoji pKa fosfato buferiui
12    end
13    
14    % Patikrinkite įvestis
15    if acidConcentration <= 0 || baseConcentration <= 0
16        error('Koncentracijos turi būti teigiamos vertės');
17    end
18    
19    % Taikykite Henderson-Hasselbalch lygtį
20    ratio = baseConcentration / acidConcentration;
21    pH = pKa + log10(ratio);
22    
23    % Apvalinkite iki 2 dešimtainių vietų
24    pH = round(pH * 100) / 100;
25end
26
27% Pavyzdžio naudojimas
28try
29    acidConc = 0.1; % mol/L
30    baseConc = 0.2; % mol/L
31    pH = calculateBufferPH(acidConc, baseConc);
32    fprintf('Buferio pH: %.2f\n', pH);
33catch ME
34    fprintf('Klaida: %s\n', ME.message);
35end
36

Skaičiavimo pavyzdžiai

Štai keli buferio pH skaičiavimo pavyzdžiai, skirti skirtingiems koncentracijos santykiams:

Pavyzdys 1: Lygios koncentracijos

Rūgšties koncentracija: 0.1 M
Bazės koncentracija: 0.1 M
pKa: 7.21
Apskaičiavimas: pH = 7.21 + log(0.1/0.1) = 7.21 + log(1) = 7.21 + 0 = 7.21
Rezultatas: pH = 7.21

Pavyzdys 2: Daugiau bazės nei rūgšties

Rūgšties koncentracija: 0.1 M
Bazės koncentracija: 0.2 M
pKa: 7.21
Apskaičiavimas: pH = 7.21 + log(0.2/0.1) = 7.21 + log(2) = 7.21 + 0.301 = 7.51
Rezultatas: pH = 7.51

Pavyzdys 3: Daugiau rūgšties nei bazės

Rūgšties koncentracija: 0.2 M
Bazės koncentracija: 0.05 M
pKa: 7.21
Apskaičiavimas: pH = 7.21 + log(0.05/0.2) = 7.21 + log(0.25) = 7.21 + (-0.602) = 6.61
Rezultatas: pH = 6.61

Pavyzdys 4: Labai skirtingos koncentracijos

Rūgšties koncentracija: 0.01 M
Bazės koncentracija: 0.5 M
pKa: 7.21
Apskaičiavimas: pH = 7.21 + log(0.5/0.01) = 7.21 + log(50) = 7.21 + 1.699 = 8.91
Rezultatas: pH = 8.91

Pavyzdys 5: Kita buferinė sistema (Acto rūgštis/Acetatas)

Rūgšties koncentracija: 0.1 M (acto rūgštis)
Bazės koncentracija: 0.1 M (natrio acetatas)
pKa: 4.76 (acto rūgščiai)
Apskaičiavimas: pH = 4.76 + log(0.1/0.1) = 4.76 + log(1) = 4.76 + 0 = 4.76
Rezultatas: pH = 4.76

Dažnai užduodami klausimai (DUK)

Kas yra buferinis tirpalas?

Kaip veikia Henderson-Hasselbalch lygtis?

Henderson-Hasselbalch lygtis (pH = pKa + log([bazė]/[rūgštis])) sieja buferio pH su silpnos rūgšties pKa ir konjugato bazės bei rūgšties koncentracijų santykiu. Ji yra išvestinė iš rūgšties disociacijos pusiausvyros ir leidžia lengvai apskaičiuoti pH.

Koks yra optimalus rūgšties ir bazės santykis buferyje?

Maksimaliai buferio talpai konjugato bazės ir rūgšties santykis turėtų būti arti 1:1, kas suteikia pH, lygią pKa. Efektyvus buferio intervalas paprastai laikomas ±1 pH vienetu nuo pKa.

Kaip pasirinkti tinkamą buferį savo eksperimentui?

Pasirinkite buferį, kurio pKa yra arti norimo pH (idealiai ±1 pH vienetu). Apsvarstykite kitus veiksnius, tokius kaip temperatūros stabilumas, suderinamumas su jūsų biologine sistema ar reakcija, ir minimalus trukdymas bandymams ar matavimams.

Ar temperatūra veikia buferio pH?

Taip, temperatūra veikia tiek rūgšties pKa, tiek vandens disociaciją, kas gali pakeisti buferinio tirpalo pH. Dauguma pKa verčių yra pateikiamos 25°C temperatūroje, o reikšmingi temperatūros nuokrypiai gali reikalauti korekcijos faktorių.

Ar galiu sumaišyti skirtingus buferius, kad pasiekčiau tam tikrą pH?

Nors galima sumaišyti skirtingas buferines sistemas, paprastai tai nerekomenduojama, nes tai komplikuoja pusiausvyrą ir gali sukelti nenuspėjamą elgesį. Geriau pasirinkti vieną buferinę sistemą, kurios pKa yra arti jūsų tikslo pH.

Kas yra buferio talpa ir kaip ji apskaičiuojama?

Buferio talpa (β) yra buferio atsparumo pH pokyčiams, kai pridedama rūgščių ar šarmų, matas. Ji apibrėžiama kaip kiekis rūgšties ar šarmo, reikalingas pH pokyčiui 1 vienetu, ir yra maksimali, kai pH = pKa. Ji gali būti apskaičiuota kaip β = 2.303 × C × (Ka × [H⁺]) / (Ka + [H⁺])², kur C yra bendra buferio koncentracija.

Kaip paruošti buferį su konkrečiu pH?

Apskaičiuokite reikiamą konjugato bazės ir rūgšties santykį, naudodami Henderson-Hasselbalch lygtį, perkeltą kaip [bazė]/[rūgštis] = 10^(pH-pKa). Tada paruoškite tirpalus su tinkamomis koncentracijomis, kad pasiektumėte šį santykį.

Kodėl mano matuojamas pH skiriasi nuo apskaičiuoto?

Nesutapimai gali kilti dėl tokių veiksnių kaip:

Aktyvumo efektai neidealiose tirpaluose (ypač didelėse koncentracijose)
Temperatūros skirtumai
Reagentų nešvarumai
pH metro kalibravimo klaidos
Jonų stiprumo efektai

Ar Henderson-Hasselbalch lygtį galima naudoti poliprotinėms rūgštims?

Poliprotinėms rūgštims (rūgštims, turinčioms kelis disociuojamus protonus) Henderson-Hasselbalch lygtis gali būti taikoma kiekvienam disociacijos žingsniui atskirai, tačiau tik jei pKa vertės yra pakankamai skirtingos (paprastai >2 pH vienetai). Priešingu atveju gali prireikti sudėtingesnių pusiausvyros skaičiavimų.

Nuorodos

Po, Henry N., and N. M. Senozan. "Henderson-Hasselbalch lygtis: jos istorija ir ribos." Chemijos švietimo žurnalas, vol. 78, nr. 11, 2001, p. 1499-1503.
Good, Norman E., et al. "Vandenilio jonų buferiai biologiniams tyrimams." Biochemija, vol. 5, nr. 2, 1966, p. 467-477.
Beynon, Robert J., and J. S. Easterby. Buferiai: pagrindai. Oksfordo universiteto leidykla, 1996.
Stoll, Vincent S., and John S. Blanchard. "Buferiai: principai ir praktika." Metodai enzymologijoje, vol. 182, 1990, p. 24-38.
Perrin, D. D., and Boyd Dempsey. Buferiai: pH ir metalų jonų kontrolės vadovas. Chapman and Hall, 1974.
Martell, Arthur E., and Robert M. Smith. Kritinės stabilumo konstantos. Plenum Press, 1974-1989.
Ellison, Sparkle L., et al. "Buferis: buferių paruošimo ir naudojimo vadovas biologinėse sistemose." Analitinė biochemija, vol. 104, nr. 2, 1980, p. 300-310.
Mohan, Chandra. Buferiai: buferių paruošimo ir naudojimo vadovas biologinėse sistemose. Calbiochem, 2003.
Vandenberg, Robert E. "Buferiai: teorija ir praktika." Chemijos mokslas, vol. 56, nr. 3, 2001, p. 123-130.
Harned, H. S., and B. B. Owen. Paveldėjimo ir buferių chemija. Wiley, 1958.

Buferio pH skaičiuoklė: Hendersono-Hasselbalcho lygties įrankis

Buferio pH skaičiuoklė

Rezultatai

Dokumentacija

Buferio pH Skaičiuoklis

Įvadas

Kas yra buferinis tirpalas?

Henderson-Hasselbalch lygtis

Buferio talpos skaičiavimas

Kaip naudoti buferio pH skaičiuoklį

Įvedimo reikalavimai

Klaidos tvarkymas

Žingsnis po žingsnio skaičiavimo pavyzdys

Buferio pH skaičiavimo naudojimo atvejai

Laboratoriniai tyrimai

Vaistų kūrimas

Klinikinės taikymo sritys

Pramoniniai procesai

Aplinkos stebėjimas

Alternatyvos Henderson-Hasselbalch lygtiai

Buferių chemijos ir Henderson-Hasselbalch lygties istorija

Ankstyvas buferių supratimas

Lygties plėtra

Tobulinimas ir taikymas

Kodo pavyzdžiai buferio pH skaičiavimui

Skaičiavimo pavyzdžiai

Pavyzdys 1: Lygios koncentracijos

Pavyzdys 2: Daugiau bazės nei rūgšties

Pavyzdys 3: Daugiau rūgšties nei bazės

Pavyzdys 4: Labai skirtingos koncentracijos

Pavyzdys 5: Kita buferinė sistema (Acto rūgštis/Acetatas)

Dažnai užduodami klausimai (DUK)

Kas yra buferinis tirpalas?

Kaip veikia Henderson-Hasselbalch lygtis?

Koks yra optimalus rūgšties ir bazės santykis buferyje?

Kaip pasirinkti tinkamą buferį savo eksperimentui?

Ar temperatūra veikia buferio pH?

Ar galiu sumaišyti skirtingus buferius, kad pasiekčiau tam tikrą pH?

Kas yra buferio talpa ir kaip ji apskaičiuojama?

Kaip paruošti buferį su konkrečiu pH?

Kodėl mano matuojamas pH skiriasi nuo apskaičiuoto?

Ar Henderson-Hasselbalch lygtį galima naudoti poliprotinėms rūgštims?

Nuorodos

Atsiliepimai

Susiję įrankiai

Buferio talpos skaičiuoklė | pH stabilumas cheminėse tirpaluose

Titracijos skaičiuoklė: tiksliai nustatykite analito koncentraciją

Rūgšties-šarmo neutralizacijos skaičiuoklė cheminėms reakcijoms

Dujų Mišinių Dalinės Slėgio Skaičiuoklė | Daltono Dėsnis

Henderson-Hasselbalch pH skaičiuoklė buferinėms tirpalams

pH vertės skaičiuoklė: konvertuokite vandenilio jonų koncentraciją į pH

Baltojo skiediklio skaičiuoklė: tobulų tirpalų maišymas kiekvieną kartą

pH vertės skaičiuoklė: konvertuoti vandenilio jonų koncentraciją į pH

Proporcijų Mišyklių Skaičiuoklė: Raskite Tobulas Ingredientų Santykius