Henderson-Hasselbalch-Rechner

Der Henderson-Hasselbalch-Rechner ermittelt den pH-Wert einer Pufferlösung aus dem pKa-Wert der schwachen Säure und dem Verhältnis von konjugierter Base [A⁻] zu schwacher Säure [HA]. Im Gegensatz zu einem einfachen Einweg-Formelwerkzeug arbeitet dieser Rechner in drei Richtungen: Finden des Puffer-pH-Werts, Bestimmen des genauen Base-Säure-Verhältnisses (sowie eines Mischrezepts), das zum Erreichen eines Ziel-pH-Werts erforderlich ist, oder Rückrechnen des pKa-Werts aus einem gemessenen pH-Wert. Zudem zeigt er Ihren Puffer auf einer interaktiven 0–14 pH-Skala mit seinem effektiven Pufferfenster an, sodass Sie auf einen Blick sehen können, ob der Puffer bei Ihrem pH-Wert tatsächlich funktioniert.

Die Henderson-Hasselbalch-Gleichung

Die Gleichung verknüpft den pH-Wert eines Puffers mit dem pKa-Wert seiner schwachen Säure und dem Verhältnis der beiden Pufferspezies. Sie leitet sich aus dem Säure-Dissoziationsgleichgewicht einer schwachen Säure HA ⇌ H⁺ + A⁻ ab.

Dabei ist [A⁻] die Konzentration der konjugierten Base, [HA] die Konzentration der schwachen Säure und pKa = −log₁₀(Ka). Da die Gleichung ein Verhältnis verwendet, können Sie Molarität, Mole oder Millimole für die beiden Spezies eingeben – die Einheiten kürzen sich weg.

Berechnung in drei Richtungen

Das effektive Pufferfenster (pKa ± 1)

Ein Puffer widersteht pH-Wert-Änderungen am besten, wenn reichlich von der Säure und ihrer konjugierten Base vorhanden ist. Dies geschieht innerhalb von etwa einer pH-Einheit um den pKa-Wert. Innerhalb dieses Fensters bleibt das Base-Säure-Verhältnis zwischen 1:10 und 10:1, und der Puffer kann hinzugefügte Säure oder Base abfangen, bevor der pH-Wert abdriftet. Genau bei pH = pKa beträgt das Verhältnis 1:1 und die Pufferkapazität erreicht ihr absolutes Maximum. Außerhalb von pKa ± 2 verschwindet eine Spezies fast vollständig und der Puffer ist praktisch verbraucht – genau das zeigt Ihnen das hervorgehobene Band auf der pH-Skala.

Rechenbeispiel

Angenommen, Sie mischen einen Acetatpuffer mit dem pKa-Wert 4,76 unter Verwendung von 0,10 M Natriumacetat (die Base, A⁻) und 0,10 M Essigsäure (HA):

1. Verhältnis = [A⁻]/[HA] = 0,10 / 0,10 = 1,0
2. log₁₀(1,0) = 0
3. pH = 4,76 + 0 = 4,76 — der pH-Wert entspricht dem pKa-Wert, was den stärkstmöglichen Puffer darstellt.

Um stattdessen mit demselben Puffer den pH-Wert 5,0 zu erreichen, gilt: Verhältnis = 10^(5,0 − 4,76) = 10^0,24 ≈ 1,74. Sie würden also etwa 1,74 Teile Acetat auf 1 Teil Essigsäure verwenden.

Gängige Puffersysteme und ihre pKa-Werte

Was beeinflusst den Puffer-pH-Wert?

So verwenden Sie diesen Rechner

1. Wählen Sie aus, wonach gesucht werden soll: pH-Wert finden, Verhältnis für einen Ziel-pH-Wert finden oder pKa finden.
2. Wählen Sie einen Puffer oder geben Sie den pKa-Wert ein: Wählen Sie eine Voreinstellung wie Acetat oder Phosphat, um den pKa-Wert automatisch auszufüllen, oder geben Sie Ihren eigenen ein.
3. Geben Sie Ihre Konzentrationen oder Ihr Ziel ein: Geben Sie [A⁻] und [HA] oder einen Ziel-pH-Wert an, je nach Modus. Im Verhältnis-Modus können Sie eine Gesamtkonzentration hinzufügen, um ein Mischrezept zu erhalten.
4. Klicken Sie auf Berechnen: Überprüfen Sie das Ergebnis, die Position des Puffers auf der pH-Skala, das Base-Säure-Gleichgewicht, die Anzeige der Pufferkapazität und die vollständige schrittweise Aufschlüsselung.

Häufig gestellte Fragen

Was ist die Henderson-Hasselbalch-Gleichung?

Die Henderson-Hasselbalch-Gleichung setzt den pH-Wert eines Puffers in Beziehung zum pKa-Wert der schwachen Säure und dem Verhältnis von konjugierter Base zu schwacher Säure: pH = pKa + log₁₀([A⁻]/[HA]). Sie ermöglicht es Ihnen, den pH-Wert eines Puffers vorherzusagen oder rückwärts zu arbeiten, um das Verhältnis oder den pKa-Wert zu finden.

Wie berechne ich den Puffer-pH-Wert aus dem pKa-Wert und dem Säure-Base-Verhältnis?

Nehmen Sie den Logarithmus zur Basis 10 der Konzentration der konjugierten Base geteilt durch die Konzentration der schwachen Säure und addieren Sie diesen zum pKa-Wert. Beispielsweise ist bei einem pKa-Wert von 4,76 und einem Verhältnis von 1:1 der log₁₀(1) = 0, sodass der pH-Wert gleich dem pKa-Wert von 4,76 ist.

Welches Verhältnis von Base zu Säure benötige ich für einen Ziel-pH-Wert?

Stellen Sie die Gleichung um zu Verhältnis = 10^(pH − pKa). Das Base-Säure-Verhältnis ist gleich 10 hoch der Differenz zwischen Ihrem Ziel-pH-Wert und dem pKa-Wert. Wenn der Ziel-pH-Wert über dem pKa-Wert liegt, benötigen Sie mehr konjugierte Base; wenn er darunter liegt, mehr schwache Säure.

Was ist der effektive Pufferbereich?

Ein Puffer funktioniert am besten innerhalb von etwa einer pH-Einheit um seinen pKa-Wert (pKa ± 1), wo das Base-Säure-Verhältnis zwischen 1:10 and 10:1 bleibt. Die Pufferkapazität ist genau bei pH = pKa am größten, wo das Verhältnis 1:1 beträgt.

Wann versagt die Henderson-Hasselbalch-Gleichung?

Sie setzt voraus, dass die Pufferkonzentrationen viel größer sind als die Wasserstoffionenkonzentration, und verwendet Konzentrationen anstelle von Aktivitäten. Sie wird ungenau bei sehr verdünnten Puffern, sehr starken Säuren oder Basen oder pH-Werten, die weit vom pKa-Wert entfernt sind, wo eine Spezies fast vollständig verschwindet.

Kann ich Mole oder Gramm anstelle der Molarität verwenden?

Yes. Da die Gleichung das Verhältnis von Base zu Säure verwendet, kürzen sich die Einheiten weg, solange beide auf die gleiche Weise ausgedrückt werden. Sie können Molarität, Mole oder Millimole für [A⁻] und [HA] verwenden und erhalten denselben pH-Wert, da beide dasselbe Volumen teilen.

Zusätzliche Ressourcen

• Henderson-Hasselbalch-Gleichung - Wikipedia
• Pufferlösung - Wikipedia