緩衝液シミュレーター
このシミュレーションの式
| pKa | 緩衝液 | 酸の半分が解離する pH。緩衝液はその前後約 1 の範囲で最もよく働く | |
|---|---|---|---|
| [A⁻] ÷ [HA] | 塩基形と酸形の比 | ヘンダーソン・ハッセルバルヒの式: 酸を加えると A⁻ が HA に、塩基を加えるとその逆になり、pH は比の対数に従う |
現在の値を入れると：
| C_T | 緩衝液の全濃度 (mM) | 酸形と塩基形の合計。加えた液の分だけ薄まる | |
|---|---|---|---|
| Kw | 水のイオン積 | 25 °C で 10⁻¹⁴ | |
| [H⁺] | 水素イオン濃度 | このプロトンの収支から厳密に解いているので、ヘンダーソン・ハッセルバルヒの式が使えない pKa から遠い pH でも正しい |
現在の値を入れると：
| β | 緩衝能 | pH を 1 動かすのに必要な強酸または強塩基の 1 L あたりのモル数。pH = pKa で最大で、C_T に比例する |
|---|
現在の値を入れると：
| V | 体積 | 各ビーカーとも 100 mL から始まる。純水には加えた酸を受け止めるものがないので、pH は過剰分の −log 近くまで一気に下がる |
|---|
現在の値を入れると：
緩衝液シミュレーターの使い方
- 左のビーカーには緩衝液、右には同じ量の純水が入っています。「酸を加える」か「塩基を加える」を押すか、加え続けるを選ぶと、両方に同じ量が入ります。液体は万能指示薬のように色がつき、各ビーカーの上に pH が表示されます。
- 緩衝液では、塩基を加えると青い酸形の分子が黄色 (塩基形) に変わり、酸を加えると元に戻りますが、赤い H₃O⁺ の点はほとんど増えません。水では 1 滴ごとに遊離した H₃O⁺ や OH⁻ が現れ、pH が何単位も跳びます。グラフは両方のビーカーについて、両方向の滴定曲線全体を描きます。
- 緩衝液の種類、濃度、最初の塩基と酸の比を変えてみてください。緩衝液は pKa 付近で、濃いほど強く、一方の形を使い切ると効かなくなります。あとどれだけ酸や塩基を受け止められるかの表示でそれがわかります。決まった pH の緩衝液を作るには 緩衝液の計算 を使ってください。
よくある質問
緩衝液はどのように働くのですか?
弱酸とその共役塩基を一緒に含んでいます。たとえば酢酸と酢酸イオンです。加えた H⁺ は塩基が受け取り (A⁻ + H⁺ → HA)、加えた OH⁻ は酸が中和します (HA + OH⁻ → A⁻ + H₂O)。遊離した H⁺ が大きく変わる代わりに A⁻ と HA の比が少し変わり、pH はその比の対数に従います。
ヘンダーソン・ハッセルバルヒの式とは何ですか?
pH = pKa + log₁₀([A⁻] ÷ [HA]) です。酸形と塩基形が同量なら pH は pKa に等しく、塩基が 10 倍なら pKa + 1、酸が 10 倍なら pKa − 1 です。通常の濃度で pKa − 1 から pKa + 1 くらいの範囲ではとてもよい近似で、シミュレーションでは厳密な pH と並べて表示しています。
緩衝能とは何ですか?
pH を 1 変えるのに緩衝液が吸収できる強酸や強塩基の量です。pH = pKa で最大で、その両側では小さくなり、全濃度に比例します: 100 mM の緩衝液は 10 mM の 10 倍の酸に耐えます。必要な pH から 1 以内に pKa がある緩衝液を選んでください。
水の pH が 1 滴の酸でこれほど下がるのはなぜですか?
純水には 10⁻⁷ M の H⁺ しかありません。1 M の HCl 1 mL を 100 mL に加えると H⁺ は約 0.01 M、10 万倍になるので、pH は 7 から 2 に下がります。緩衝液では同じ酸が弱酸 HA に変わるので、遊離した H⁺ はほとんど変わりません。
WebGL が無効と表示されます。
3D 表示には WebGL が必要で、現行のブラウザはすべて対応しています。ブラウザ設定でハードウェアアクセラレーションが無効になっているか、グラフィックドライバーが非常に古いと無効になることがあります。ハードウェアアクセラレーションを有効にするか、別のブラウザをお試しください。
何かアップロードされますか？
いいえ。シミュレーションはお使いのブラウザが WebGL で描画しています。どこにも送信されず、ページを一度読み込めばオフラインでも動きます。