Что делает этот калькулятор
Буферный раствор сопротивляется изменению pH, потому что содержит слабую кислоту (HA) и сопряжённое с ней основание (A⁻), находящиеся в равновесии. Этот инструмент точно показывает, сколько каждого компонента нужно соединить, чтобы получить желаемый pH при выбранной общей концентрации и объёме. Он подходит для любой сопряжённой пары «кислота — основание» — ацетатной, фосфатной, Tris, карбонатной, цитратной и других — при условии, что вы знаете соответствующее значение pKa.
Разбор формулы
Уравнение Гендерсона — Гассельбаха записывается так: \(\text{pH} = \text{pKa} + \log_{10}([A^-]/[HA])\). Если выразить из него соотношение, получаем \(r = [A^-]/[HA] = 10^{\,\text{pH} - \text{pKa}}\). Зная \(r\), общую концентрацию буфера \(C\) делят так, чтобы доля сопряжённого основания составляла \(r/(1+r)\), а доля кислоты — \(1/(1+r)\). Умножив каждую концентрацию на нужный объём \(V\), вы получите количество молей, которое требуется отвесить или отмерить пипеткой.
$$\begin{gathered} n_{A^-} = C_{\text{total}} \cdot V \cdot \frac{R}{1+R}, \qquad n_{HA} = C_{\text{total}} \cdot V \cdot \frac{1}{1+R} \\[1.5em] \text{where}\quad \left\{ \begin{aligned} R &= 10^{\,\text{pH} - \text{pKa}} \\ C_{\text{total}} &= \text{Total Conc (mol/L)} \\ V &= \text{Volume (L)} \end{aligned} \right. \end{gathered}$$
Как пользоваться
Введите целевой pH, значение pKa слабой кислоты, желаемую общую молярность буфера и объём, который вы собираетесь приготовить. Калькулятор выдаст соотношение \([A^-]/[HA]\), концентрацию каждого компонента, необходимое число молей и то, какой процент буфера приходится на каждый компонент. Выбирайте pKa в пределах примерно ±1 единицы pH от целевого значения — так буферная ёмкость будет максимальной.
Пример расчёта
Допустим, нужно приготовить 1 л фосфатного буфера 0,1 М с pH 7,4, используя pKa = 7,21. Соотношение $$= 10^{7{,}4 - 7{,}21} = 10^{0{,}19} \approx 1{,}549.$$ Доля основания равна \(1{,}549/2{,}549 \approx 0{,}6077\), поэтому \([A^-] \approx 0{,}0608\ \text{М}\) (0,0608 моль), а \([HA] \approx 0{,}0392\ \text{М}\) (0,0392 моль). Растворите эти количества вместе и доведите объём до 1 л.
Частые вопросы
Какое значение pKa брать для многоосновной кислоты? Используйте то pKa, которое ближе всего к целевому pH. Для фосфата около pH 7 берут pKa2 ≈ 7,21.
Учитывается ли ионная сила? Нет — расчёт основан на идеальном уравнении Гендерсона — Гассельбаха. Для точных работ проверьте результат откалиброванным pH-метром и при необходимости скорректируйте.
Можно ли получить граммы вместо молей? Умножьте полученное число молей на молярную массу каждой соли — так вы узнаете, сколько граммов нужно отвесить.
