ماذا تفعل هذه الحاسبة
يقاوم المحلول المنظم (Buffer) التغيرات في درجة الحموضة لأنه يحتوي على حمض ضعيف (HA) وقاعدته المرافقة (A⁻) في حالة اتزان. تخبرك هذه الأداة بالكمية المضبوطة من كل مكوّن يجب مزجها للوصول إلى درجة حموضة مطلوبة عند تركيز كلي وحجم تختارهما. وهي تصلح لأي زوج حمض–قاعدة مرافقة — الأسيتات، الفوسفات، التريس (Tris)، الكربونات، السيترات وغيرها — ما دمت تعرف قيمة pKa المناسبة.
شرح المعادلة
تنص معادلة هندرسون-هاسلباخ على أن \( \text{pH} = \text{pKa} + \log_{10}\left(\frac{[A^-]}{[HA]}\right) \). وبإعادة ترتيبها لإيجاد النسبة نحصل على \( r = \frac{[A^-]}{[HA]} = 10^{\,\text{pH} - \text{pKa}} \). بمجرد معرفة \(r\)، يُوزَّع التركيز الكلي للمحلول \(C\) بحيث تكون نسبة القاعدة المرافقة \( \frac{r}{1+r} \) ونسبة الحمض \( \frac{1}{1+r} \). وبضرب كل تركيز في الحجم المستهدف \(V\) نحصل على عدد المولات التي يلزم وزنها أو سحبها بالماصة.
$$ n_{A^-} = C_{\text{total}} \cdot V \cdot \frac{R}{1+R}, \qquad n_{HA} = C_{\text{total}} \cdot V \cdot \frac{1}{1+R} $$$$ \text{where}\quad \left\{ \begin{aligned} R &= 10^{\,\text{pH} - \text{pKa}} \\ C_{\text{total}} &= \text{Total Conc (mol/L)} \\ V &= \text{Volume (L)} \end{aligned} \right. $$
كيفية الاستخدام
أدخل درجة الحموضة المستهدفة، وقيمة pKa للحمض الضعيف، والتركيز المولاري الكلي الذي تريده للمحلول، والحجم الذي تنوي تحضيره. تعرض لك الحاسبة نسبة \( \frac{[A^-]}{[HA]} \)، وتركيز كل مكوّن، وعدد المولات المطلوبة، ونسبة كل نوع من المحلول مئوياً. اختر قيمة pKa في حدود ±1 وحدة pH تقريباً من هدفك لضمان قدرة تنظيمية جيدة.
مثال محلول
لنفترض أنك تريد 1 لتر من محلول فوسفات منظم تركيزه 0.1 مولار عند \( \text{pH} = 7.4 \) باستخدام \( \text{pKa} = 7.21 \). تكون النسبة \( = 10^{7.4 - 7.21} = 10^{0.19} \approx 1.549 \). ونسبة القاعدة هي \( \frac{1.549}{2.549} \approx 0.6077 \)، أي \( [A^-] \approx 0.0608 \) مولار (0.0608 مول)، و\( [HA] \approx 0.0392 \) مولار (0.0392 مول). أذِب هذه الكميات معاً ثم أكمل الحجم حتى 1 لتر.
الأسئلة الشائعة
أي قيمة pKa أستخدم لحمض متعدد البروتونات؟ استخدم قيمة pKa الأقرب إلى درجة الحموضة المستهدفة. فالفوسفات قرب \( \text{pH} = 7 \) يستخدم \( \text{pKa}_2 \approx 7.21 \).
هل تأخذ الحاسبة القوة الأيونية في الحسبان؟ لا — فهي تعتمد على السلوك المثالي لمعادلة هندرسون-هاسلباخ. للعمل الدقيق، تحقق من النتيجة بجهاز قياس pH معاير واضبطها عند الحاجة.
هل يمكنني استخدام الجرامات بدلاً من المولات؟ اضرب ناتج المولات في الكتلة المولية لكل ملح للحصول على عدد الجرامات الواجب وزنها.
