這個計算機的功能
弱鹼 pH 計算機可在已知鹼解離常數(Kb)與起始莫耳濃度(C)的情況下,估算弱鹼溶液的 pH、pOH 與氫氧根離子濃度。氨、甲胺、吡啶等弱鹼在水中只會部分解離,因此必須透過平衡式才能算出溶液究竟有多鹼。
使用方式
輸入鹼的 Kb 值(例如氨為 \(1.8\times10^{-5}\)),再填入以每公升莫耳數(mol/L)表示的起始濃度。計算機會回傳氫氧根離子濃度 \([\text{OH}^-]\)、pOH 以及最終的 pH。所有結果均假設溫度為 25 °C,此時水的離子積使得 \(\text{pH} + \text{pOH} = 14\)。
公式說明
對於弱鹼 B 進行反應 B + H₂O ⇌ BH⁺ + OH⁻,其平衡常數為 \(\text{Kb} = \frac{[\text{BH}^+][\text{OH}^-]}{[\text{B}]}\)。當解離程度很小時,\([\text{BH}^+] \approx [\text{OH}^-] = x\)、\([\text{B}] \approx C\),於是 \(\text{Kb} \approx \frac{x^2}{C}\)。解出 \(x\) 即得平方根近似式 $$[\text{OH}^-] = \sqrt{\text{Kb}\cdot C}$$ 接著 \(\text{pOH} = -\log[\text{OH}^-]\),而 \(\text{pH} = 14 - \text{pOH}\)。
範例演算
以 0.1 M 的氨、\(\text{Kb} = 1.8\times10^{-5}\) 為例: $$[\text{OH}^-] = \sqrt{1.8\times10^{-5} \times 0.1} = \sqrt{1.8\times10^{-6}} \approx 1.342\times10^{-3}\ \text{mol/L}$$ $$\text{pOH} = -\log(1.342\times10^{-3}) \approx 2.87$$ 因此 \(\text{pH} = 14 - 2.87 \approx 11.13\)——屬於中度鹼性的溶液。
常見問題
這個近似式何時才準確?當鹼夠弱、濃度又不太低時最為可靠,使得 \(x\) 遠小於 \(C\)(通常解離度低於約 5%)。
我可以改用 Ka 嗎?可以,先用 \(\text{Kb} = \frac{\text{Kw}}{\text{Ka}} = \frac{1.0\times10^{-14}}{\text{Ka}}\) 換算,再把換算後的 Kb 填入這裡即可。
為什麼 pH 會大於 7?鹼會產生過量的氫氧根離子,使 pOH 降低、pH 升高,超過中性值 7。