這個計算器的用途
本工具利用鹼解離常數(Kb)與弱鹼的初始莫耳濃度,估算弱鹼溶液的 pH 值。像氨(NH₃)這類弱鹼在水中只會部分解離,因此無法像強鹼那樣直接由濃度推得 pH,必須透過平衡計算才能求得。
使用方法
輸入鹼解離常數 Kb(例如氨的 Kb 約為 \(1.8 \times 10^{-5}\)),以及以每公升莫耳數(mol/L)表示的初始濃度 C。計算器會依序求出氫氧根離子濃度、pOH,最後得到 pH。pH 大於 7 即表示溶液呈鹼性。
公式說明
當弱鹼 B 與水反應(B + H₂O ⇌ BH⁺ + OH⁻)時,平衡式為 \(\text{K}_b = \frac{[\text{BH}^+][\text{OH}^-]}{[\text{B}]}\)。若假設解離的量相對於 C 很小,方程式可簡化為 \(\text{K}_b \approx \frac{x^2}{C}\),其中 \(x = [\text{OH}^-]\)。求解後即得
$$[\text{OH}^-] = \sqrt{\text{K}_b \cdot \text{C}}$$接著計算 \(\text{pOH} = -\log_{10}[\text{OH}^-]\),再由
$$\text{pH} = 14 - \text{pOH}$$求得 pH(此式在 25 °C 下成立,此時水的離子積常數 pKw = 14)。
實例演算
以 0.1 M 的氨、\(\text{K}_b = 1.8 \times 10^{-5}\) 為例:
$$[\text{OH}^-] = \sqrt{1.8 \times 10^{-5} \times 0.1} = \sqrt{1.8 \times 10^{-6}} \approx 1.342 \times 10^{-3}\ \text{mol/L}$$接著
$$\text{pOH} = -\log(1.342 \times 10^{-3}) \approx 2.872$$因此
$$\text{pH} = 14 - 2.872 \approx 11.13$$——屬於中度鹼性的溶液。
常見問題
這個近似法一定適用嗎?\(\sqrt{\text{K}_b \cdot \text{C}}\) 這個簡化公式假設解離程度低於 C 的約 5%。對於極稀或極弱的鹼,採用完整的二次方程式求解會更準確。
為什麼 pH = 14 − pOH?在 25 °C 下,\(\text{pH} + \text{pOH} = \text{pKw} = 14\)。溫度不同時,pKw 也會略有變化。
濃度要用什麼單位?每公升莫耳數(莫耳濃度,M)。此處輸入的 Kb 則為無因次值。