pH 計算器 - 酸鹼與緩衝溶液

pH 是衡量水溶液酸鹼性的標準指標。它定義為氫離子濃度的以 10 為底的負對數，也就是 pH = −log₁₀[H⁺]。這個刻度把跨度很大的濃度範圍壓縮成一個通常介於 0 到 14 的方便量表。pH 為 7 代表中性，低於 7 為酸性，高於 7 為鹼性。因為這是對數刻度，每增加或減少 1 個整數，氫離子濃度就會改變 10 倍——pH 3 的溶液比 pH 4 酸 10 倍，比 pH 5 酸 100 倍。 這個 pH 計算器可處理你在普通化學與分析化學中最常見的五種溶液。對於完全解離的強酸，氫離子濃度等於酸濃度，因此 pH = −log₁₀(C)。對於強鹼，氫氧根濃度等於鹼濃度，因此 pOH = −log₁₀(C)，pH = 14 − pOH。這兩種情況只需要輸入以 mol/L 表示的濃度。 弱酸和弱鹼只會部分解離，因此需要它們的解離常數。對於弱酸，計算器使用平衡近似 [H⁺] = √(Ka · C)，其中 Ka = 10^(−pKa)；對於弱鹼，則使用 [OH⁻] = √(Kb · C)。輸入 pKa 或 pKb 與濃度後，pH 計算器會根據得到的離子濃度回傳 pH。這個平方根近似假設發生解離的酸或鹼量相對於初始濃度很小，對典型稀釋、弱解離的溶液通常成立。 緩衝溶液——由弱酸及其共軛鹼組成的混合物——能夠抵抗 pH 變化，並使用 Henderson-Hasselbalch 方程式計算：pH = pKa + log₁₀([A⁻]/[HA])。輸入酸的 pKa，以及酸（HA）與其共軛鹼（A⁻）的莫耳濃度；當兩者相等時，pH 就等於 pKa，這也是緩衝液在接近其 pKa 時最有效的原因。緩衝液在生物化學、細胞培養、發酵，以及任何需要穩定 pH 的製程中都非常重要。 除了 pH 之外，計算器也會顯示 pOH、[H⁺] 和 [OH⁻]，讓你完整掌握溶液的平衡狀態。請記得，這裡的簡化公式假設 25 °C 下的理想行為，此時水的離子積 Kw = 1×10⁻¹⁴。濃度極高的溶液、極端 pH、溫度變化與活度效應都可能讓真實量測值略有差異，因此應將輸出視為準確的教學與規劃估算，而不是校正過的 pH 計替代品。