pH计算器 - 酸、碱与缓冲溶液

pH 是衡量水溶液酸碱性的标准指标。它定义为氢离子浓度的 10 为底负对数：pH = −log₁₀[H⁺]，把跨度很大的浓度范围压缩到通常为 0 到 14 的便捷刻度上。pH 为 7 时表示中性，低于 7 为酸性，高于 7 为碱性（又称碱化）。由于该刻度是对数刻度，每相差 1 个整数就代表氢离子浓度变化 10 倍——pH 3 的溶液比 pH 4 酸 10 倍，比 pH 5 酸 100 倍。 这个 pH 计算器可处理普通和分析化学中最常见的五类溶液。对完全电离的强酸，氢离子浓度等于酸浓度，因此 pH = −log₁₀(C)。对强碱，氢氧根浓度等于碱浓度，因此 pOH = −log₁₀(C)，而 pH = 14 − pOH。这两种情况只需要以 mol/L 表示的浓度。 弱酸和弱碱只会部分电离，因此需要其解离常数。对于弱酸，计算器使用平衡近似 [H⁺] = √(Ka · C)，其中 Ka = 10^(−pKa)；对于弱碱，则使用 [OH⁻] = √(Kb · C)。输入 pKa 或 pKb 以及浓度后，pH 计算器会根据得到的离子浓度返回 pH。这个平方根近似假设电离掉的酸或碱相对于初始浓度很少，这对典型的稀释弱电解质溶液通常成立。 缓冲溶液——由弱酸及其共轭碱组成的混合物——能够抵抗 pH 变化，并使用亨德森-哈塞尔巴尔赫方程计算：pH = pKa + log₁₀([A⁻]/[HA])。输入酸的 pKa 以及酸 (HA) 和其共轭碱 (A⁻) 的摩尔浓度；当两者相等时，pH 就等于 pKa，这也是缓冲液在 pKa 附近最有效的原因。缓冲液在生物化学、细胞培养、发酵以及任何需要维持稳定 pH 的过程中都至关重要。 除了 pH 之外，计算器还会输出 pOH、[H⁺] 和 [OH⁻]，让你全面了解溶液的平衡情况。请记住，这里的简化公式假设 25 °C 下的理想行为，此时水的离子积 Kw = 1×10⁻¹⁴。极浓溶液、极端 pH 值、温度变化以及活度效应都可能让真实测量值略有偏移，因此应将结果视为准确的教学和规划估算，而不是校准过的 pH 计的替代品。