這個 pH 計算器能做什麼
本工具可估算強酸、弱酸、強鹼與弱鹼水溶液的 pH 與 pOH。pH 用來衡量溶液的酸鹼程度,範圍從 0(強酸性)到 14(強鹼性),在 25 °C 時 7 為中性。只要輸入濃度,弱酸或弱鹼再加上酸解離常數(Ka)或鹼解離常數(Kb)即可計算。
使用方法
先選擇溶液類型,輸入莫耳濃度 \(C\)(單位 mol/L),若是弱酸或弱鹼,再填入對應的解離常數。計算器會回傳 pH、pOH,並標示溶液屬於酸性、鹼性或中性。整個計算皆採用 \(\text{pH} + \text{pOH} = 14\) 的關係(此式在 25 °C 下成立)。
公式解析
強酸會完全解離,因此氫離子濃度等於其形式濃度:\([\text{H}^+] = \text{C}\),$$\text{pH} = -\log_{10}\left(\text{C}\right)$$弱酸只會部分游離;利用平衡式並假設游離量很小,可近似為 \([\text{H}^+] \approx \sqrt{\text{K}_a \cdot \text{C}}\),於是 $$\text{pH} = -\log_{10}\left(\sqrt{\text{K}_a \cdot \text{C}}\right)$$鹼的處理方式與之對稱,先以 \([\text{OH}^-]\) 求出 pOH,再由 \(\text{pH} = 14 - \text{pOH}\) 換算。
範例演算
以 0.01 mol/L 的鹽酸(HCl,強酸)為例:$$\text{pH} = -\log_{10}\left(0.01\right) = 2$$再看 0.1 mol/L 的醋酸,其 \(\text{K}_a = 1.8\times10^{-5}\):$$[\text{H}^+] = \sqrt{1.8\times10^{-5} \times 0.1} = \sqrt{1.8\times10^{-6}} \approx 0.00134$$因此 \(\text{pH} \approx 2.87\)。
常見問題
弱酸的公式是精確值嗎?並非如此。它假設游離量相對於 C 可忽略不計。對於非常稀薄或解離度偏高的弱酸,這個近似會產生誤差,此時應改用完整的二次方程式求解。
溫度會有影響嗎?會。中性點為 7、以及 \(\text{pH} + \text{pOH} = 14\) 的規則都是在 25 °C 下成立。在其他溫度下,水的離子積會隨之改變。
濃度 C 要用什麼單位?莫耳濃度,單位為 mol/L(M)。