pH計算機 - 酸・塩基・緩衝液

pH は、水溶液がどれだけ酸性または塩基性かを示す標準的な指標です。水素イオン濃度の 10 を底とする負の対数として定義され、pH = −log₁₀[H⁺] で表されます。非常に広い濃度範囲を、通常 0 から 14 の使いやすい尺度に圧縮します。pH 7 は中性、7 未満は酸性、7 より大きい値は塩基性です。対数尺度なので、整数が 1 変わるごとに水素イオン濃度は 10 倍変化します。つまり pH 3 の溶液は pH 4 の 10 倍、pH 5 の 100 倍酸性です。 この pH 計算機は、一般化学や分析化学でよく出会う 5 種類の溶液を扱います。完全に解離する強酸では、水素イオン濃度は酸濃度に等しいため pH = −log₁₀(C) です。強塩基では、水酸化物イオン濃度が塩基濃度に等しいので、pOH = −log₁₀(C)、pH = 14 − pOH となります。これら 2 つのケースでは、mol/L で表した濃度だけが必要です。 弱酸と弱塩基は部分的にしか電離しないため、解離定数が必要です。弱酸では平衡近似 [H⁺] = √(Ka · C) を使い、Ka = 10^(−pKa) です。弱塩基では [OH⁻] = √(Kb · C) を使います。pKa または pKb と濃度を入力すると、pH 計算機が得られたイオン濃度から pH を返します。この平方根近似は、電離する酸や塩基の量が初期濃度に比べて十分小さいと仮定しており、通常の希薄で弱く電離する溶液ではよく成り立ちます。 緩衝液は、弱酸とその共役塩基の混合物で、pH 変化に抵抗し、Henderson-Hasselbalch 式 pH = pKa + log₁₀([A⁻]/[HA]) で計算します。酸の pKa と、酸 (HA) およびその共役塩基 (A⁻) のモル濃度を入力してください。2 つが等しいと pH は pKa に等しくなり、緩衝液が pKa 付近で最も有効である理由がここにあります。緩衝液は、生化学、細胞培養、発酵、そして安定した pH を保つ必要があるあらゆる工程で重要です。 pH に加えて、この計算機は pOH、[H⁺]、[OH⁻] も表示し、溶液の平衡を全体として把握できます。ここで使う単純な式は、25 °C における理想的な挙動を前提としており、この温度では水のイオン積 Kw = 1×10⁻¹⁴ です。非常に濃い溶液、極端な pH、温度変化、活量効果によって実測値は少しずれることがあるため、出力は校正済み pH メーターの代わりではなく、正確な学習・計画用の推定値として扱ってください。