pH란 무엇인지?

pH란 무엇인지 설명해 드리겠습니다.

측정은 산성과 염기성을 측정하는 기술입니다. 수소이온(H+)의 총량에 의해 산성(고농도의 수소이온)과
염기성(저농도의 수소이온)으로 분류됩니다. pH 측정범위는 0~14 이며, 0 이하의 강산이나 14 이상의
강염도 측정은 가능하지만(이론측정), 기존의 전극제조기술로는 측정이 불가능합니다. pH 측정범위는 물의
해리반응1에 의해 파생됩니다.

pH = - log10[H+]
H2O -> H+ + OH- = 1 x 10-14 (mol/L)2 = Kw (Kw is the dissociation constant of water).2

 

해리 [解離, dissociation] : 분자가 그 분자를 구성하고 있는 각각의 원자나 이온, 또는 보다 작은
분자들로 나누어지는 현상이다. 예를 들어, 염산 HCl 은 물에 녹아 H+와 Cl-의 두 이온으로 나누어 지는
것을 들 수 있고, 생물체 내에서 일어나는 헤모글로빈의 산소운반도 해리 반응의 하나이다. 해리 반응은
가역적인 반응으로, 평형상태가 존재한다.
HCl 이 물에 녹으면 거의 100% 이온화 되어 H+와 Cl-가 만들어지지만, 만들어진 H+와 Cl-가 언제나 그
상태로 존재하는 것은 아니다. H+와 Cl-가 다시 결합하여 HCl 이 되기도 한다. 다만 이렇게 해리와 결합이
끊임없이 일어나는 과정 속에서 해리 반응쪽으로 평형이 치우쳐 H+와 Cl-의 비율이 HCl 에 비해 현저하게
높을 뿐이다. 산, 염기는 해리 반응이 얼마나 우세한가에 따라 그 세기가 달라진다. 해리 반응이 잘
일어나는 산, 염기는 H+나 OH-를 많이 만들기 때문에 강한 산, 염기로 작용한다.

 

측정예시> PH 5.5 인 물의 수소이온(H+)과 수산화이온(OH-)의 양은?

 

 

PH 측정 중 온도차이에 측정값 차이의 주요한 원인이 됩니다.

 

온도에 따른 물의 해리반응식 변화



 pH 와 산도/염기도의 관계에 대해 설명해 드리겠습니다. 

 

pH 측정은 산성과 염기성을 측정하는 기술입니다. 여기서 산도3와 염기도4는 반드시 pH 값과 일치하지 않습니다.
비슷한 조건의 비슷한 용액의 경우에는 산도가 낮으면, pH 는 높게 나오고 산도가 높으면, pH 는 낮게 나오는 것이 원칙입니다.
페놀프탈렌을 지시약이나 BTB 지시약을 사용하여 산도를 구하는 경우, 여러 가지 염류도 산으로 작용을 하게 됩니다. 예를 들면 구연산, 젖산, 등이 석회 나 아민 등이 결합해서 염을 형성하고 있다는 가정의 경우, 이들의 PH 는 거의 중성으로 되어 있는데 이것을 가지고, 산도를 측정하면 염기가 어느 정도의 농도로 될때 까지 지시약이 반응을 하지 않고, 수산화 나트륨은 염을 분해하는데 소비되어 산도가 높은 것으로 나타나지만 실제의 [H+] 농도는 낮기 때문에 PH 는 낮게 나오고, 산도는 높게 나올 수가 있습니다.
즉 PH 4.3 과 PH 8.3 사이에 염을 분해시키고, 용액속의 유리된 염기가 지시약의 색을 변경 시키지 못하는 경우도 있습니다.
일반적으로 순수한 물에 가까울수록 적은 양의 산으로 PH 의 변화폭이 커지고 용해된 물질이 많을 수록 적은 양의 산이나 염기로 PH 의 변화폭이 커지는데 이것은 일종의 Buffer 작용에 의한 것으로 설명될 수 있습니다.

 

산도 [酸度, acidity] : 히드록시기는 산 또는 음이온으로 치환할 수 있는 것이며, 산과 중화반응을 할 때의 산의 필요량을 아는 척도가 됩니다. 예를 들면, 수산화나트륨[NaOH],·수산화칼륨[KOH] 등은 산도 1,수산화칼슘 [Ca(OH)2],·수산화바륨 Ba(OH)2 등은 산도 2, 수산화란탄 La(OH)3 은 산도 3 이며, 각각 1 가염기·2 가염기· 3 가염기라 하며 산도가 2 이상인 것을 모두 다 가염기라고 합니다. 산도에 대하여 산 1mol 속에 함유되어 있는 수소원자 중에서 금속원자 또는 양이온과 치환할 수 있는 수소원자의 수를 염기도(鹽基度)라고 합니다. 한편, 산의 세기를 말하는 산성도(酸性度)도 산도라고 할 때가 있으므로 흔히 혼동되고 있습니다.

 

알칼리도[alkalinity] : 염기성 용액의 중화적정 시에 필요한 산성용액의 양 ; 시료수(試料水)에 지시약으로서 페놀프탈레인이나 메틸오렌지를 가하고, 이것을 이미 농도를 알고 있는 염산이나 황산으로 중화적정하여 측정합니다. 페놀프탈레인을 사용한 알칼리도는 페놀프탈레인알칼리도(P-Alkalinity)라고 하며, 천연수에 함유되어 있는 수산이온의 총량과 탄산이온의 반량(半量)에 상당합니다. 메틸오렌지를 사용한 알칼리도를 메틸오렌지알칼리도(M-Alkalinity)라고 하며, 탄산수소이온까지 포함한 총알칼리도를 나타냅니다.
엄밀하게는 약한 알칼리성을 보이는 물질의 총량을 나타냅니다. 알칼리도는 흔히 얼마만큼의 탄산칼슘에 상당하는가로 표현됩니다. 예를 들면, 해수 100 ㎤를 0.01N 의 염산으로 적정하면 25 ㎤를 필요로 합니다. 그때, 이 해수의 알칼리도는 120ppm 입니다.

 

산도[Acidity]와 알칼리도[Alkalinity]의 측정: 산도[Acidity]와 알칼리도[Alkalinity]의 측정은 적정효과(Titration effect)를 이용한 적정계(Titrator)가 주로 사용되고 있습니다. 산도 [Acidity]는 Methyl Orange and Phenolphthalein (Total) Methods 방법(순차반응)을 사용하여 측정하고, 알칼리도 [Alkalinity] 는 Phenolphthalein and Total Method 방법(순차반응)을 사용하여 측정합니다.

관련자료 : http://blog.naver.com/bkyoon1982