pH 척도

규모의 차별화

pH 척도는 15도를 포함하며 중간 값(7)은 중성 pH를 나타냅니다. 0에 가까운 용액을 강산이라고 하고 반대쪽에 있는 14에 가까운 용액을 강염기라고 합니다. 산성 pH는 용액에 너무 많은 수소 이온 [H ₃ O ⁺]이 포함되어 있음을 의미하고 염기성 pH는 너무 많은 수산화물 이온 [OH ^–]이 있음을 의미합니다. pH 척도는 용액의 맥락에서 가장 자주 언급되지만 양성자의 절대 화학 포텐셜은 모든 응집 상태에 적용 가능합니다. 이를 통해 거의 모든 물질의 알칼리도 수준을 직접 비교할 수 있습니다.

물의 자기 해리

pH 스케일의 의미를 완전히 이해하려면 다음 방정식에 따라 진행되는 물 자체 해리의 자발적인 반응이 필요합니다. 이것은 평형 상수가 방정식의 왼쪽으로, 즉 해리되지 않은 물 쪽으로 이동하는 가역 과정입니다.

pH 수준을 계산하는 방법은 무엇입니까?

결정이 수소 이온 [H ⁺]의 농도와 관련된다는 잘못 정의된 초기 가정에도 불구하고 가장 널리 사용되는 공식은 여전히 ​​다음과 같습니다. 오늘날 우리는 용액이 즉각적인 용매화 과정으로 인해 수성 수소 이온, 즉 물에 존재하는 양성자를 포함하지 않는다는 것을 이미 알고 있습니다. 이 현상은 자발적이고 비가역적인 반응으로 인해 자유 양성자가 부족하고 하이드로늄 이온 [H ₃ O ⁺]의 존재를 초래합니다. 따라서 공식의 올바른 표기법은 다음과 같습니다.

pH 척도에 표시된 환경

상온(25 ^o C)에서 순수한 물의 하이드로늄 이온 농도는 10 ^-7 mol/dm ³ 이라고 가정하므로 pH 수준은 다음과 같이 계산할 수 있습니다. 이것은 중성인 물이 스케일의 중앙에 위치하여 물질의 화학적 비활성을 나타내는 사실과 일치합니다. 또한 물이 동일한 수의 수산화물 음이온과 하이드로늄 양이온을 함유하고 있음을 증명합니다. 그러나 산과 염기에서는 그 평형이 깨집니다. 음의 지수는 pH 수준이 낮을수록 테스트된 용액의 힘이 더 높은 관계를 나타냅니다. pH 스케일의 맥락에서 ‘파워’라는 용어는 값 0이 강하고 심지어 자극적인 산에 의해 취해진 반면 값 14는 가장 강한 알칼리성 물질을 의미한다는 사실을 나타냅니다.

물에 산을 첨가하는 것

중성 수준에서 pH의 변화는 다른 힘의 물질을 추가하여 발생할 수 있습니다. 예를 들어 가장 강한 산( 염산, HCl ) 중 하나를 물에 첨가하면 다음 반응에 따라 산이 해리됩니다. 물의 자기 해리와 달리 산 해리의 평형은 오른쪽으로 크게 이동합니다. 따라서 산이 환경적으로 불활성인 물에 용해되면 물에 존재하는 하이드로늄 이온의 양이 증가하고 결과적으로 몰 활성이 증가합니다. 예를 들어, 해리 반응에 따르면, 1 mol/dm ³ 로 농축된 염산은 1 mol/dm ³ 로 농축된 하이드로늄 이온을 용액에 도입합니다. 이러한 염산 용액의 pH 수준은 다음 공식에 따라 계산할 수 있습니다.

물에 염기 추가

반대로 강한 염기를 물에 넣으면 하이드로늄 이온의 농도가 떨어집니다. 예를 들어, 1mol/ ^dm3 로 농축된 수산화나트륨은 물의 영향 하에서 일어나는 반응에 따라 유사하게 농도는 같지만 다른 이온(수산화물 이온)을 가집니다. 이러한 경우 다음 보충 pOH 공식을 사용하여 pH를 간접적으로 계산할 수 있습니다. 알고 있는 경우: 우리는 1 mol/ ^dm3 로 농축된 강염기(NaOH) 용액의 pH가 14라는 것을 쉽게 계산할 수 있습니다.

척도를 벗어난 pH 수준?

pH 척도는 원래 희석용액을 목적으로 개발되었기 때문에 강산이나 강염기가 이를 초과하여 0 미만 또는 14를 초과할 가능성이 있습니다. 이는 pH가 더 이상 대수가 아닌 고농도에서는 척도가 쓸모가 없기 때문입니다. 하이드로늄 이온 [H ₃ O ⁺]의 기능. 그런 다음 산과 염기 해리의 일정한 평형에서 발생하는 다른 값을 사용합니다.

용액의 pH 값을 결정하는 방법

환경의 pH를 경험적으로 결정하기 위해 우리는 소위 산-염기 지시약을 사용합니다. 실제로는 다양한 pH 조건에 따라 색이 변하는 물질입니다. 이러한 지표에는 세 가지 유형이 있습니다.

1. 예를 들어 기본 환경에서 색상을 변경하는 표시기:

• 무색의 페놀프탈레인은 라즈베리색이 되고,
• 무색의 thymolphtalein이 파란색으로 변합니다.

2. 예를 들어 산성 환경에서 색상이 변하는 표시기:

• 메틸 오렌지는 주황색에서 빨간색으로 색이 변하고,
• 브로모티몰 블루는 파란색에서 노란색으로 색이 바뀝니다.

3. 예를 들어 범용 지표:

• 브로모티몰 블루는 산에서는 노란색으로, 염기에서는 파란색으로 변합니다.
• lacmus는 산에서는 빨간색으로, 염기에서는 파란색으로 변합니다.

pH 수준의 범위를 증가시키는 다양한 지표 물질의 혼합물에 리트머스 종이를 담그는 것도 일반적입니다. 또한 많은 실험실에서는 빨간색에서 녹색 범위의 색상을 변경하는 기성품 범용 리트머스 종이를 사용하여 수반되는 척도를 기반으로 테스트된 pH를 적절하게 제안합니다. 이러한 결정을 통해 pH 척도에서 0.5 단위의 정확도로 pH 값만 추정할 수 있습니다. pH 값을 측정하는 더 정확한 방법은 산-염기 적정으로, 여기에는 알칼리 측정(표준화된 염기 용액으로 적정) 및 산도 측정(표준 산 용액으로 적정)의 하위 유형이 포함됩니다. 농도가 알려진 적정제를 사용하며, 테스트 물질과 반응할 때 용액에 존재하는 하이드로늄 이온의 농도를 지속적으로 변화시킵니다. 이러한 결정은 두 가지 방식으로 수행될 수 있습니다. 시각적으로 종점을 결정할 때 색상 변화와 함께 또는 도구적 방법(예: 전위차법 또는 전도도법)을 사용합니다. 이름에서 알 수 있듯이 pH 미터를 사용하면 물질의 pH 값을 정의할 수도 있습니다. 전위차법을 기반으로 작동하는 기기는 두 개의 동일한 전극에 셀이 있습니다. 그 중 하나인 지시전극을 테스트 용액에 넣어야 합니다. 다른 하나(비교 전극)는 pH 값을 알고 있는 표준 용액에 넣습니다. 일반적으로 사용되는 물질은 염화은 용액입니다. 두 전극은 EMF(기전력)를 pH 스케일의 특정 결과로 지속적으로 변환하는 매우 민감한 전압계와 연결되어 있습니다. Nernst 이론에 따르면 pH 값이 다른 용액에 담긴 두 개의 동일한 전극으로 구성된 셀의 기전력(EMF)은 두 농도의 몫의 로그에 정비례합니다.

pH 값을 측정하는 가정 방법

많은 자연 pH 지표가 있으며 대략적인 pH 값은 가정 환경에서 측정할 수 있습니다. 예를 들어, 홍차 잎으로 만든 인퓨전은 레몬 주스와 같은 산과 혼합될 때 더 밝아집니다. 반대로 베이킹 소다 용액과 같은 염기의 영향으로 어두워집니다. 붉은 양배추 주스는 산에 노출되면 보라색에서 빨간색으로 변하고 염기와 혼합되면 파란색으로 변합니다.