ヘンダーソン・ハッセルバルヒ計算機
pKaと弱酸および共役塩基の濃度から、緩衝液のpHを計算します。
緩衝液のpH計算
濃度には同じ単位を使い、比が無次元になるようにしてください。
ヘンダーソン・ハッセルバルヒの式について
ヘンダーソン・ハッセルバルヒの式は、弱酸とその共役塩基からなる緩衝液のpHを推定します。一般的な形はpH = pKa + log10(塩基濃度/酸濃度)です。酸固有の解離のしやすさを表すpKaと、調製した溶液の組成を結び付けます。この計算機はその関係を直接計算し、対数に用いる塩基と酸の濃度比も表示します。
酸と共役塩基の濃度が等しいと、比は一、対数はゼロになり、pHはpKaに等しくなります。共役塩基を増やすとpHは上昇し、弱酸を増やすと低下します。比が十倍になるとpHは一単位上がり、十分の一になると一単位下がります。この対数的な性質により、緩衝液は弱酸のpKa付近で効果を発揮します。
実用的な緩衝液は通常、pKaからおよそ上下一pH単位以内で最もよく働きます。この範囲では濃度比が約十分の一から十となり、共役酸塩基対の両成分が十分に存在します。緩衝能は比だけでは決まりません。予測pHが同じでも、濃度の高い緩衝液ほど酸や塩基の添加に強く抵抗します。両成分を同じ割合で希釈すれば理想的な比とpHは保たれますが、緩衝能は下がり、活量の影響が重要になる場合もあります。
この式は酸の解離平衡から導かれた近似式です。入力値が平衡濃度を十分に表し、活量係数が一に近いと仮定します。非常に希薄または高濃度の溶液、高いイオン強度、緩衝範囲の端、ほかの平衡が大きく影響する条件では精度が低下します。多価酸では、対象の共役酸塩基対に対応するpKaを選ぶ必要があります。
分析濃度は、両成分ともmol/Lなど同じ単位で入力してください。式に入るのは比だけなので、両欄をそろえればmmol/Lも使えます。pKaは温度で変わるため、実験条件に近い温度で測定または掲載された値を使用します。授業、実験の初期計画、生体用緩衝液、配合の概算に適していますが、精密な調製では校正済みのpH測定で確認してください。
ヘンダーソン・ハッセルバルヒの計算例
| 緩衝液の組成 | 計算したpH | 説明 |
|---|---|---|
| pKa 4.75、酸 0.10 M、塩基 0.10 M | 4.75 | 濃度が等しいため対数項はゼロです。 |
| pKa 4.75、酸 0.10 M、塩基 0.20 M | 5.051 | 塩基と酸が二対一なら、pHはlog10(2)だけ上昇します。 |
| pKa 6.35、酸 0.30 M、塩基 0.03 M | 5.35 | 塩基と酸が一対十なら、pHは正確に一単位低下します。 |
緩衝液のpHを計算する方法
- 対象温度での弱酸のpKaを入力します。
- 弱酸の濃度を入力します。
- 同じ濃度単位で共役塩基の濃度を入力します。
- 「緩衝液のpHを計算」を選び、pHと濃度比を確認します。
ヘンダーソン・ハッセルバルヒのよくある質問
pHとpKaが等しくなるのはいつですか?
弱酸と共役塩基の濃度が等しいときです。比が一になり、log10(1)がゼロになります。
mol/Lの代わりにmmol/Lを入力できますか?
はい、式は比を使うため可能です。両方の濃度を同じ単位にして、単位が相殺されるようにしてください。
有効な緩衝範囲はどのくらいですか?
通常、pKaから上下およそ一pH単位以内で最もよく働きます。塩基/酸の濃度比では約0.1から10に相当します。
希釈すると緩衝液のpHは変わりますか?
理想的な等倍率希釈では濃度比と予測pHは変わりません。ただし緩衝能は下がり、大幅な希釈では理想的な仮定が成立しなくなることがあります。
強酸にも使えますか?
いいえ。平衡状態の弱酸と共役塩基を対象としています。強酸には化学量論と濃度に基づく直接計算が必要です。