pH計算機 - 酸・塩基・緩衝液

pH は、水溶液がどれだけ酸性または塩基性かを表す標準的な指標です。水素イオン濃度の 10 を底とする負の対数として定義され、pH = −log₁₀[H⁺] で表されます。広い濃度範囲を、通常は 0 から 14 の扱いやすい尺度に圧縮できるのが特徴です。pH 7 は中性、7 未満は酸性、7 を超えると塩基性（アルカリ性）です。対数尺度なので、整数が 1 変わるごとに水素イオン濃度は 10 倍変化します。たとえば pH 3 の溶液は pH 4 の溶液より 10 倍、pH 5 より 100 倍酸性です。 この pH 計算機は、一般化学や分析化学でよく扱う 5 種類の溶液に対応しています。完全に電離する強酸では、水素イオン濃度は酸濃度に等しいため、pH = −log₁₀(C) です。強塩基では水酸化物イオン濃度が塩基濃度に等しく、pOH = −log₁₀(C)、pH = 14 − pOH となります。これら 2 つの場合は、mol/L の濃度だけを入力すれば十分です。 弱酸と弱塩基は部分的にしか電離しないため、解離定数が必要です。弱酸では平衡近似 [H⁺] = √(Ka · C) を用い、Ka = 10^(−pKa) です。弱塩基では [OH⁻] = √(Kb · C) を用います。pKa または pKb と濃度を入力すると、そのイオン濃度から pH を返します。この平方根近似は、電離する量が初濃度に比べて十分小さい場合を想定しており、典型的な希薄な弱電離溶液ではよく成り立ちます。 緩衝液は、弱酸とその共役塩基の混合物で、pH の変化に抵抗します。Henderson-Hasselbalch 式 pH = pKa + log₁₀([A⁻]/[HA]) で計算します。酸の pKa と、酸（HA）およびその共役塩基（A⁻）のモル濃度を入力してください。2 つの濃度が等しいとき、pH は pKa に等しくなり、これが緩衝液が pKa 付近で最も有効な理由です。緩衝液は、生化学、細胞培養、発酵、そして安定した pH が必要なあらゆる工程で重要です。 pH に加えて、この計算機は pOH、[H⁺]、[OH⁻] も表示するため、溶液の平衡状態を総合的に把握できます。ここで使う簡易式は、25 °C での理想的な挙動を前提としており、水のイオン積 Kw = 1×10⁻¹⁴ としています。非常に濃い溶液、極端な pH、温度変化、活量の影響によって実測値は少しずれることがあるため、出力は校正済み pH メーターの代わりではなく、学習や計画のための正確な目安として扱ってください。