Что делает этот калькулятор
Этот инструмент показывает, как изменится pH буферного раствора, если добавить в него сильную кислоту или сильную щёлочь. Буфер сопротивляется изменению pH, потому что содержит слабую кислоту (HA) и сопряжённое с ней основание (A⁻) в сопоставимых количествах. Добавление сильной кислоты или щёлочи смещает соотношение этих двух форм, а новый pH рассчитывается по уравнению Гендерсона — Гассельбаха. Это универсальный химический инструмент, который работает в любой стране и не зависит от местных стандартов.
Как пользоваться
Введите pKa буфера, количество молей сопряжённого основания (A⁻) и слабой кислоты (HA) до добавления, затем выберите, что вы добавляете — сильную кислоту (H⁺) или сильную щёлочь (OH⁻) — и сколько молей. Калькулятор учтёт стехиометрический сдвиг и выдаст новые значения pH и pOH. Поскольку в расчёте используется отношение количеств вещества, вместо молей можно вводить концентрации или миллимоли — главное, чтобы оба компонента были выражены в одних и тех же единицах.
Разбор формулы
Сильная кислота реагирует с сопряжённым основанием: A⁻ + H⁺ → HA, поэтому количество основания уменьшается, а кислоты — растёт. Сильная щёлочь реагирует со слабой кислотой: HA + OH⁻ → A⁻ + H₂O, и тогда кислоты становится меньше, а основания больше. Новый pH рассчитывается так:
$$\text{pH} = \text{p}K_a + \log_{10}\!\left(\frac{\text{новое количество основания}}{\text{новое количество кислоты}}\right)$$
Здесь предполагается, что сильный реагент расходуется полностью и что ни один из компонентов буфера не заканчивается. Если один из компонентов израсходован полностью, буферная ёмкость исчерпана, и результат становится недостоверным.
Пример расчёта
Буфер имеет pKa 4,74, в нём 0,10 моль HA и 0,10 моль A⁻. Добавляем 0,02 моль сильной кислоты. Кислоты становится 0,12 моль, а основания — 0,08 моль.
$$\text{pH} = 4{,}74 + \log_{10}\!\left(\frac{0{,}08}{0{,}12}\right) = 4{,}74 + \log_{10}(0{,}6667) = 4{,}74 - 0{,}176 = 4{,}564$$
Частые вопросы
Почему pH почти не меняется? Логарифм отношения изменяется медленно — именно поэтому буферы удерживают pH вблизи значения pKa.
А если добавить слишком много сильной кислоты? Если количество добавленного реагента достигает или превышает количество одного из компонентов буфера, этот компонент полностью расходуется, буфер «ломается», и калькулятор выдаёт предупреждение — раствор начинает вести себя как сильная кислота или щёлочь.
Имеет ли значение объём? Нет — поскольку в уравнении используется отношение количеств вещества, общий объём (а значит, и разбавление) сокращается.
