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pH

last modified: 2015-03-23 20:22:48 by Contributors

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1. 수소 이온 농도 지수

1. 수소 이온 농도 지수

산성이나 염기성의 정도를 나타낼 때 쓰는 단위이다.

$ \mathrm{p}H = - \log_{10} H^{+} $

pH가 뭐냐는 물음에 산도, 수소지수, 수소농도, 산도를 나타내는 준말, 산성의 단위 등등의 답을 하면 시험에서 틀리게 된다. 또한 PH, Ph, ph 다 틀린 말이라고 한다. 무조건 pH다. 과학은 모름지기 정확해야 한다.[1][2] 읽는 방법은 피 에이치이지만, 독일어페 하라고 읽는 선생님이나 교수님들도 많다. 폐하?

pH값은 수소이온의 농도인 H상용로그[3]를 취한 뒤 부호를 바꾼 것. 즉, -log10H+ [4]
마찬가지로 pOH값은 수산화이온의 농도인 OH에 상용로그를 취한 뒤 부호를 바꾼 것이다. -log10OH-

수용액의 액성을 정할때는 H+의 농도와 OH-의 농도가 같을때는 중성, H+가 더많으면 산성, OH-가 더 많으면 염기성이다. 이에 따라서 섭씨 25도[5]에서 pH=7은 중성이고, 수치가 7보다 작으면 산성, 수치가 7보다 크면 염기성이다.

pH가 산성도를 나타낸다고 해서 수치가 낮을수록 강한 산이라고 하면 틀리다. 순수한 산도, 염기성도를 나타내는 단위는 이온화상수 Ka , Kb에서 유도한 pKa, pKb라는 단위가 따로 쓰이며, 강한 산일수록 pKa가 작아지며, 강한 염기일수록 pKa가 커진다(pKb는 반대-Ka의 역수가 Kb이기 때문이다). 참고로 의 pKa와 pKb는 15.74로 동일.

$ \mathrm{H_{2}O} + \mathrm{H_{2}O} \rightleftharpoons \mathrm{H_{3}O^{+}} + \mathrm{OH^{-}} $

온도가 변하면 중성 용액의 pH값도 변하니 유의해야 한다. 위의 수식처럼 물은 스스로 이온화하는데 이를 물의 자동이온화반응이라고 한다. 섭씨 25도일때 이 반응의 평형상수 K는 1.0*10-14이다. 평형상수를 구할 때 순수한 액체는 생략할 수 있으므로 이 평형상수는 수소이온의 농도와 수산화이온의 농도의 곱으로 나타낼 수 있다. 이 곱을 물의 이온곱상수 Kw라고 한다. 이온곱상수는 평형상수이므로 온도의 함수이다. 즉 온도에 따라 변한다. 이온곱상수가 변하기 때문에 섭씨 37도에서 중성 수용액의 pH는 7이 아니라 6.80이다. 7이면 이 용액은 염기성이라는 것. 이온곱상수는 같은 온도에서는 일정하므로 pH+pOH=14[6]가 성립하는 이유이다. 또한 H+이온이 많으면 많아질수록 반대로 OH-이온이 적어진다는것을 의미한다. 그리고 중성일때의 pH가 7인 이유이다.

재는 방법은 여러 가지. 간단하게는 집에서 붉은 양배추의 즙을 내어 확인할 수 있다. 붉은 양배추의 즙은 일종의 지시약이기 때문. 만능 pH 시험지도 있지만 실험실에서 이걸 볼 확률은 극히 희박하다.[7] 오히려 유리 전극 안쪽에 기준전극을 넣고 전해질(KOH 같은 것들)을 채운 pH 미터를 많이 사용한다. pH 미터의 경우 사용하기 전에 꼭 표준물질을 이용해서 검정해야 하므로 정확하지만 좀 번거롭다. 자세한 것은 pH 미터 참고


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  • [1] 하지만 수소 이온 농도는 초기에 PH(아래첨자의 대문자 H)로 쓰였다. 어째서 PH가 pH로 되었는지는 pH의 의미와 더불어 불명.
  • [2] pX가 -log10X를 뜻하는 연산자라는 설도 제시되지만, 근거로 드는 pKa는 pH가 정착되고 나서 따라한거라……
  • [3] 10을 밑으로 하는 로그=log10
  • [4] 일반적으로 농도는 1보다 작으므로 양수다.
  • [5] 이 사실은 매우 중요하다. 아래에서 다시 설명
  • [6] 섭씨 25도에서
  • [7] 꼭 그렇지만은 않다. 서울대 뿐만 아니라 칼텍이나 MIT의 대학원 실험실에서도 만능 pH 시험지를 쓴다. 이유는 정식 pH미터는 존내 귀찮기 때문 (...) 물론 논문용 데이터를 만드는 상황이면 정식으로 하지만 단순히 희석이나 분리노가다를 하면서 "이제 산기좀 빠졌나아"(...) 정도 간이로 알아보는 상황이면 소변검사지 스타일의 만능 인디케이터를 애용한다.
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