What is the buffer capacity formula?

β = ln(10)·C·(Ka·[H⁺])/(Ka+[H⁺])², known as the Van Slyke equation, where C is total buffer concentration (mol/L), Ka = 10^(−pKa), and [H⁺] = 10^(−pH).

At what pH is buffer capacity maximum?

Buffer capacity is maximum exactly at pH = pKa, where β_max = ln(10)·C/4. This maximum value depends only on the total concentration, not on which specific weak acid is used.

What is a buffer's effective range?

Conventionally, pKa ± 1 pH unit. Outside that range, buffer capacity falls off quickly — at the edges it's already down to roughly 33% of its maximum value.

What units does buffer capacity use?

Buffer capacity (β) is expressed in mol/L per pH unit — the moles of strong acid or base, per liter of solution, needed to shift the pH by exactly one unit.

Does a higher concentration mean more buffer capacity?

Yes. Buffer capacity is directly proportional to total buffer concentration — doubling the concentration doubles β at every pH, including the maximum.

Can a strong acid or base act as a buffer?

No. Strong acids and bases dissociate essentially completely and don't maintain the weak-acid/conjugate-base equilibrium the Van Slyke equation and buffer capacity concept both depend on.

Kalkulator Kapasitas Buffer

Temukan kapasitas buffer (β) — berapa mol asam atau basa per liter yang dapat diserap sebelum pH-nya berubah satu unit. Masukkan konsentrasi buffer total, pKa, dan pH, atau lompat ke kasus khusus pada pH = pKa atau rentang buffer efektif ±1.

masukan

Konsentrasi buffer total (M) Total konsentrasi asam lemah + basa konjugasi, dalam mol/L.

pKa

pH larutan

Buffer umum (mengatur pKa)

Hasil

—

Masukkan konsentrasi, pKa, dan pH untuk menghitung kapasitas buffer.

β (mol/L per pH)—

% dari maksimum—

Kisaran penyangga—

Ka—

Pada pH Anda —

Maks (pada pH = pKa) —

4 menit membaca 3 langkah 7 istilah 3 contoh 6 pertanyaan β = ln(10) · C · (Ka·[H⁺]) / (Ka + [H⁺])²

📋

Panduan langkah demi langkah

Cara menggunakan kalkulator ini

3 langkah

Temukan kapasitas buffer pada pH tertentu

Pada tab Kapasitas Buffer, masukkan konsentrasi buffer total (mol/L), pKa asam lemah, dan pH larutan. Kalkulator langsung menerapkan persamaan Van Slyke saat Anda mengetik, menunjukkan β (kapasitas buffer dalam mol/L per unit pH), berapa persentase kapasitas maksimum yang mungkin, dan rentang efektif buffer (pKa ± 1).

Temukan kapasitas maksimum untuk suatu konsentrasi

Beralih ke tab Pada pH = pKa jika Anda hanya ingin mengetahui batas maksimumnya — kapasitas buffer terbesar yang dapat disediakan oleh konsentrasi total tertentu. Masukkan hanya konsentrasi; maksimum, β_max = ln(10)·C/4, dicapai pada pH = pKa, apa pun asam lemah yang Anda gunakan.

Lihat bagaimana penurunan kapasitas di seluruh rentang buffer

Gunakan tab Kisaran Buffer untuk melihat rentang efektif pKa ± 1 konvensional dan berapa banyak penurunan kapasitas buffer di tepinya dibandingkan dengan di tengah. Masukkan pKa dan konsentrasi untuk melihat batas jangkauan ditambah β di tengah (maksimum) dan di tepi (sekitar 33% dari maksimum).

⚡

Referensi

Rumus dan metodologi

3 rumus

Persamaan Van Slyke (kapasitas buffer)

β = ln(10) · C · (Ka·[H⁺]) / (Ka + [H⁺])²

C adalah konsentrasi buffer total ([HA] + [A⁻]) dalam mol/L, Ka = 10^(−pKa) adalah konstanta disosiasi asam, dan [H⁺] = 10^(−pH). β adalah mol asam atau basa kuat per liter yang diperlukan untuk mengubah pH larutan sebanyak satu satuan — yang merupakan ukuran langsung seberapa kuat buffer menahan perubahan pH. Faktor ln(10) ≈ 2,303 mengubah turunan log natural dari ekspresi kesetimbangan menjadi skala log basis-10 pH.

Kapasitas maksimum (pada pH = pKa)

β_max = ln(10) · C / 4

Jika pH sama dengan pKa, [H⁺] sama dengan Ka, maka suku (Ka·[H⁺])/(Ka+[H⁺])² disederhanakan menjadi 1/(4Ka), dan β_max hanya bergantung pada konsentrasi total C — bukan pada nilai pKa spesifik. Ini adalah perhitungan yang digunakan pada tab Pada pH = pKa.

Kapasitas di tepi jangkauan

β(pKa ± 1) ≈ 0.33 · β_max

Pada pH = pKa + 1 (atau pKa − 1), rasio [H⁺]/Ka adalah 10 (atau 0,1). Mengganti ke persamaan Van Slyke menghasilkan β ≈ ln(10)·C·0,0826, yang menghasilkan sekitar 33% dari β_max — penurunan yang ditunjukkan pada tab Buffer Range.

📖

Glosarium

Penjelasan istilah penting

7 istilah

Ukuran kuantitatif ketahanan buffer terhadap perubahan pH, didefinisikan sebagai mol asam atau basa kuat per liter yang diperlukan untuk menggeser pH larutan sebanyak satu unit. β yang lebih tinggi berarti buffer yang lebih kuat dan lebih tahan.

Persamaan β = ln(10)·C·(Ka·[H⁺])/(Ka+[H⁺])² yang memberikan kapasitas buffer dari konsentrasi totalnya, Ka (atau pKa), dan [H⁺] (atau pH) larutan. Dinamakan berdasarkan ahli biokimia Donald Van Slyke, yang meresmikan konsep ini pada tahun 1922.

Larutan yang mengandung asam lemah dan basa konjugasinya (atau basa lemah dan asam konjugatnya) yang tahan terhadap perubahan pH bila ditambahkan sedikit asam atau basa.

Logaritma basa-10 negatif dari konstanta disosiasi asam (Ka). Setiap asam lemah mempunyai karakteristik pKa masing-masing, dan kapasitas buffer berpusat pada nilai ini.

Jendela pH, biasanya pKa ± 1, di mana buffer dianggap efektif. Di luar kisaran ini, kapasitas buffer menurun tajam dan larutan tidak dapat lagi menahan perubahan pH dengan baik.

Persamaan terkait pH = pKa + log₁₀([A⁻]/[HA]) yang memberikan pH buffer dari pKa dan rasio basa konjugasi terhadap asam lemah. Kapasitas buffer (kalkulator ini) mengukur seberapa banyak asam atau basa yang dapat diserap oleh buffer; persamaan Henderson-Hasselbalch memberi tahu Anda pH yang dihasilkan.

Konsentrasi total gabungan bentuk asam buffer dan basa konjugat, diukur dalam mol per liter (mol/L, ditulis M). Kapasitas buffer berskala langsung dengan konsentrasi total ini.

👥

Skenario

Contoh dalam kehidupan nyata

3 contoh nyata

⚡

Mahasiswa biokimia

Kapasitas maksimum pada pH = pKa

Konsentrasi total (C) 0,1 M pKa (asam asetat) 4.76 pH larutan 4.76

Dengan pH tepat pada pKa, [H⁺] sama dengan Ka dan buffer berada pada kondisi terkuat: β = ln(10)·(0,1)/4 ≈ 0,0576 mol/L per unit pH — 100% dari kapasitas maksimum yang mungkin untuk konsentrasi ini. Ini adalah pH yang dituju oleh setiap persiapan buffer ketika ketahanan maksimum terhadap perubahan pH adalah hal yang paling penting.

📏

Teknisi laboratorium

Kapasitas di tepi rentang buffer

Konsentrasi total (C) 0,1 M pKa (asam asetat) 4.76 pH larutan 5.76 (pKa + 1)

Satu unit pH penuh di atas pKa — batas konvensional kisaran buffer efektif — β turun menjadi sekitar 0,019 mol/L per unit pH, hanya ~33% dari maksimum pada pH 4,76. Inilah sebabnya mengapa buffer hanya dianggap dapat diandalkan dalam kisaran pKa ± 1: kapasitas turun dengan cepat setelah Anda menjauh dari pusat.

🧫

perumus

Menggandakan konsentrasi

Konsentrasi total (C) 0,2 M (vs. 0,1 M) pKa (fosfat) 7.21 pH larutan 7.21

Kapasitas buffer berbanding lurus dengan konsentrasi: penggandaan C dari 0,1 M menjadi 0,2 M akan menggandakan β, dari ≈0,0576 menjadi ≈0,1151 mol/L per unit pH. Ketika suatu formulasi perlu menahan beban asam atau basa yang lebih besar tanpa perubahan pH yang lebih besar, meningkatkan konsentrasi buffer total adalah cara paling langsung yang tersedia.

🔗

Referensi

Sitasi kalkulator ini

APA & MLA

Gunakan salah satu format ini untuk menyitasi kalkulator dalam makalah, laporan, atau daftar sumber.

APA

MLA

📄

Ulasan mendalam

Berapa banyak asam atau basa yang dapat diserap oleh buffer? Memahami kapasitas buffer

4 bab · 4 menit membaca

Tugas buffer adalah menahan perubahan pH, namun tidak semua buffer memiliki ketahanan yang sama baiknya — dan bahkan buffer tunggal memiliki ketahanan yang lebih baik pada nilai pH tertentu dibandingkan nilai pH lainnya. Kapasitas buffer (β) memberikan angka pada resistensi tersebut, dan persamaan Van Slyke adalah alat standar yang digunakan ahli kimia untuk menghitungnya dari konsentrasi buffer, pKa, dan pH saat ini.

Kapasitas buffer apa yang sebenarnya diukur

Kapasitas buffer didefinisikan sebagai mol asam atau basa kuat, per liter larutan, yang diperlukan untuk mengubah pH tepat satu satuan. Buffer dengan β = 0,1 mol/L per pH memiliki daya tahan dua kali lebih keras dibandingkan buffer dengan β = 0,05: diperlukan penambahan asam atau basa dua kali lebih banyak untuk menaikkan pH dalam jumlah yang sama. Tidak seperti pH itu sendiri, yang hanya memberi tahu Anda keadaan larutan saat ini, β memberi tahu Anda bagaimana larutan akan merespons gangguan — properti yang sangat penting saat merancang buffer untuk aplikasi nyata.

Mengapa kapasitas mencapai puncaknya tepat pada pH = pKa

Persamaan Van Slyke, β = ln(10)·C·(Ka·[H⁺])/(Ka+[H⁺])², dimaksimalkan jika penyebut (Ka+[H⁺])² lebih kecil dibandingkan dengan pembilang Ka·[H⁺] — yang terjadi tepat jika Ka sama dengan [H⁺], yaitu saat pH sama dengan pKa. Pada saat itu asam lemah dan basa konjugasinya berada dalam konsentrasi yang sama, sehingga setiap spesies tersedia dalam jumlah yang sama untuk menetralkan asam atau basa yang masuk. Menjauh dari pH = pKa ke arah mana pun dan satu spesies akan hidup dalam waktu yang relatif singkat, sehingga resistensi buffer melemah — meskipun konsentrasi total tidak berubah.

Aturan praktis pKa ± 1, dan mengapa ~33%, bukan nol

Para ahli kimia secara konvensional memperlakukan buffer sebagai "efektif" dalam kisaran satu unit pH pKa - rasio basa:asam antara 1:10 dan 10:1. Hal ini tidak terjadi secara sembarangan: pada tepian tersebut, β telah turun hingga sekitar 33% dari nilai maksimumnya, penurunan yang cukup besar sehingga buffer mulai memungkinkan perubahan pH yang jauh lebih besar per unit asam atau basa yang ditambahkan. Namun ini bukan nol — buffer masih memberikan resistensi nyata di luar pKa ± 1, hanya saja lebih kecil. Memilih asam lemah yang pKa-nya mendekati pH yang sebenarnya perlu Anda pertahankan adalah faktor terbesar yang menentukan seberapa baik kinerja buffer dalam praktiknya.

Menggunakan kapasitas buffer di laboratorium dan pekerjaan formulasi

Perhitungan kapasitas buffer menjawab pertanyaan yang sangat praktis: apakah buffer ini akan mempertahankan pH terhadap beban asam atau basa yang akan dihasilkan proses saya? Buffer biologis (seperti larutan salin yang mengandung fosfat) diformulasikan dengan kapasitas yang cukup untuk menyerap CO₂ dan asam metabolik yang dihasilkan oleh kultur sel; buffer industri dan farmasi memiliki ukuran yang sama terhadap beban proses yang diketahui. Karena β berskala linier dengan konsentrasi total, dua tuas yang sebenarnya dikontrol oleh formulator adalah (1) memilih pKa yang mendekati pH target dan (2) memilih konsentrasi yang cukup tinggi untuk bertahan pada beban asam/basa yang diharapkan — keduanya dapat Anda periksa secara langsung dengan kalkulator ini.

❓

Pertanyaan

Pertanyaan umum

6 pertanyaan

Apa rumus kapasitas buffer?+

β = ln(10)·C·(Ka·[H⁺])/(Ka+[H⁺])², dikenal sebagai persamaan Van Slyke, dengan C adalah konsentrasi buffer total (mol/L), Ka = 10^(−pKa), dan [H⁺] = 10^(−pH).

Pada pH berapa kapasitas buffer maksimum?+

Kapasitas buffer maksimum tepat pada pH = pKa, dimana β_max = ln(10)·C/4. Nilai maksimum ini hanya bergantung pada konsentrasi total, bukan pada asam lemah spesifik yang digunakan.

Berapakah rentang efektif buffer?+

Secara konvensional, pKa ± 1 satuan pH. Di luar kisaran tersebut, kapasitas buffer menurun dengan cepat — pada batas maksimalnya sudah turun hingga sekitar 33% dari nilai maksimumnya.

Unit apa yang digunakan kapasitas buffer?+

Kapasitas buffer (β) dinyatakan dalam mol/L per satuan pH — mol asam atau basa kuat, per liter larutan, yang diperlukan untuk menggeser pH tepat satu satuan.

Apakah konsentrasi yang lebih tinggi berarti kapasitas buffer yang lebih banyak?+

Ya. Kapasitas buffer berbanding lurus dengan konsentrasi buffer total — menggandakan konsentrasi akan menggandakan β pada setiap pH, termasuk pH maksimum.

Apakah asam atau basa kuat dapat bertindak sebagai buffer?+

Tidak. Asam dan basa kuat pada dasarnya terdisosiasi sempurna dan tidak mempertahankan keseimbangan asam lemah/basa konjugat yang bergantung pada persamaan Van Slyke dan konsep kapasitas buffer.

Unduh PDF satu halaman berisi hasil Anda. Masukkan alamat email untuk menerima kiat kalkulator sesekali. Tanpa spam, dan Anda dapat berhenti berlangganan kapan saja. Privasi.