Симулятор буферов
Уравнения этой модели
| pKa | Буфер | pH, при котором кислота диссоциирована наполовину; буфер лучше всего работает в пределах примерно 1 единицы от него | |
|---|---|---|---|
| [A⁻] ÷ [HA] | отношение основной и кислотной формы | Хендерсон — Хассельбах: добавление кислоты превращает A⁻ в HA, основания — наоборот, а pH следует за логарифмом отношения |
При текущих значениях:
| C_T | Общая концентрация буфера (мМ) | кислотная плюс основная форма, разбавленные по мере увеличения объёма добавками | |
|---|---|---|---|
| Kw | ионное произведение воды | 10⁻¹⁴ при 25 °C | |
| [H⁺] | концентрация ионов водорода | находится точно из этого протонного баланса, поэтому pH верен и далеко от pKa, где Хендерсон — Хассельбах не работает |
При текущих значениях:
| β | буферная ёмкость | моли сильной кислоты или основания на литр, нужные, чтобы сдвинуть pH на 1; наибольшая при pH = pKa и пропорциональна C_T |
|---|
При текущих значениях:
| V | объём | в начале по 100 мл в каждом стакане; чистой воде нечем поглотить добавленную кислоту, поэтому её pH сразу падает примерно до −log избытка |
|---|
При текущих значениях:
Как пользоваться симулятором буферов
- Левый стакан содержит буфер, правый — тот же объём чистой воды. Нажмите «Добавить кислоту» или «Добавить основание» или выберите непрерывное добавление, и одинаковое количество попадает в оба. Жидкости окрашены как универсальным индикатором, а pH показан над каждым стаканом.
- В буфере синие молекулы кислотной формы желтеют (основная форма) при добавлении основания и возвращаются при добавлении кислоты, а красных точек H₃O⁺ остаётся мало. В воде каждая капля появляется как свободный H₃O⁺ или OH⁻, и pH скачет на несколько единиц. График рисует всю кривую титрования в обе стороны для каждого стакана.
- Меняйте буфер, его концентрацию и начальное соотношение основания и кислоты. Буфер сильнее всего при своём pKa и при высокой концентрации и сдаётся, когда одна из форм израсходована, что видно по показанию запаса кислоты или основания. Чтобы приготовить буфер с заданным pH, используйте Калькулятор буферов.
Частые вопросы
Как работает буфер?
Он содержит вместе слабую кислоту и её сопряжённое основание, например уксусную кислоту и ацетат. Добавленный H⁺ связывается основанием (A⁻ + H⁺ → HA), а добавленный OH⁻ — кислотой (HA + OH⁻ → A⁻ + H₂O). Вместо сильного изменения свободного H⁺ немного меняется соотношение A⁻ и HA, а pH следует логарифму этого соотношения.
Что такое уравнение Хендерсона — Хассельбаха?
pH = pKa + log₁₀([A⁻] ÷ [HA]). При равных количествах кислотной и основной форм pH равен pKa; в десять раз больше основания даёт pKa + 1, в десять раз больше кислоты — pKa − 1. Это приближение, прекрасно работающее примерно от pKa − 1 до pKa + 1 при обычных концентрациях, и симуляция показывает его рядом с точным pH.
Что такое буферная ёмкость?
Сколько сильной кислоты или основания буфер может поглотить на единицу изменения pH. Она наибольшая при pH = pKa, убывает в обе стороны и пропорциональна общей концентрации буфера: буфер 100 мМ выдерживает в десять раз больше кислоты, чем 10 мМ. Выбирайте буфер, pKa которого отличается от нужного pH не больше чем на 1.
Почему pH воды так сильно падает от одной капли кислоты?
В чистой воде всего 10⁻⁷ М H⁺. Один миллилитр 1 М HCl в 100 мл даёт около 0,01 М H⁺, в сто тысяч раз больше, поэтому pH падает с 7 до 2. В буфере та же кислота превращается в слабую кислоту HA, и свободный H⁺ почти не меняется.
Пишет, что WebGL выключен.
Для 3D-вида нужен WebGL, который есть во всех современных браузерах. Он может быть выключен, если в настройках браузера отключено аппаратное ускорение или графический драйвер очень старый. Включите аппаратное ускорение или попробуйте другой браузер.
Загружается ли что-нибудь?
Нет. Симуляцию рисует ваш собственный браузер с помощью WebGL; ничего никуда не отправляется, и после загрузки страницы она работает и офлайн.