pH정의와 측정방법

1. pH의 정의

• 용액의 산성 및 염기성 정도를 나타내는 측정 단위
• 수용액 중의 수소이온 농도 { [H+] (mole/L) }의 역수를 로그 (log)로 환산 한 값.

예) 순수한 물의 경우 (순수한 물은 pH값을 얻는데 표준이 됨.)

2. 액성에 따른 수소이온 농도([H+])와 pH의 관계

• 순수한 물을 기준으로 pH=7을 중성, pH가 7보다 작으면 산 성용액, pH가 7보다 크면 알칼리성 용액이라고 한다.

※ pH 1의 변화는 수소이온 농도 10배의 변화를 나타내며 pH1의 변화는 전극상에서 59.16mv의 전위 변화를 나타낸다.

• H+농도가 OH-농도보다 큰 물질은 산성이고 OH-가 H+농도보다 크면 염기성이다. H+와 OH-가 동일량으로 존재하면 중성이 된다.

산성용액 : H+ 농도가 OH-농도보다 큰 용액 중성용액 : H+ 농도와 OH-농도가 동일한 농도로 존재 염기성용액 : OH-농도가 H+ 농도보다 큰 용액

• pH는 대략적으로 pH paper나 지시약을 사용해서 pH의 정도에 따른 색상의 변화로 측정할 수 있다. 이들 지시약들은 정확도에 한계가 있으며, 색깔을 갖고 있거나 어두운 시료들을 정확하게 측정하는데 어려움이 있다. 조금 더 정확한 측정은 pH meter로 측정할 수 있다.
• pH는 대수의 기능을 가지므로 pH1의 변화는 수소이온 농도 10배의 변화를 나타내며 pH 1의 변화는 전극상에서 9.16mv의 전위를 가지고 있다.
• 수소이온 농도와 pH의 관계

용액의 종류	수소이온의 농도 [mol/L]	pH = -log [수소이온의 농도]
1/10N HCl	10-1	1
1/100N HCl	10-2	2
중성	10-7	7
1/100N NaOH	10-12	12
1/10N NaOH	10-13	13

3. pH 측정법

• pH메터의 구조

pH메터는 보통 유리 전극, 기준전극 및 온도 보정용 감온부가 달려있는 검출부 및 검출된 pH값을 나타내는 지시부로 되어 있다. 지시부는 일반적으로 제로점 조절꼭지가 있고 또한 온도보정용 감온부가 없는 것에는 온도 보정 꼭지가 있다.
검출부를 인산염 완충액에 5분 이상 담가 두었다가 조절한 다음 같은 온도의 프탈산염 완충액 및 붕산염 완충액의 pH를 측정할 때 측정값과 표시값과의 차이가 ±0.05 이하이다.

• 조작법

유리 전극은 미리 물 또는 염기성 완충액에 수시간 이상 담가 두고 pH메터는 전원에 연결하고 10분 이상 두었다가 쓴다. 검출부를 물로 잘 씻어 묻어있는 물은 여과지 같은 것으로 가볍게 닦아 낸 다음 쓴다. 온도보정꼭지가 있는 것은 그 꼭지를 표준완충액의 온도와 같게 하여 검출부의 검체의 pH값에 가까운 표준완충액중에 담그어 2분 이상 지난 다음 pH메터의 지시가 그 온도에 있어서의 표준완충액의 pH값이 되도록 제로점 조절꼭지를 조절한다. 다시 검출부를 물로 잘 씻어 부착된 물을 여과지와 같은 것으로 가볍게 닦아 낸 다음 검액에 담그어 2분 이상 지난 다음에 측정값을 읽는다.

• 주의

pH 11 이상에서 아랄리금속이온을 함유하는 액은 알칼리 오차가 적은 전극을 쓰고 또한 필요하면 보정한다. 다만 그 측정오차는 pH 0.1~0.5에 달할 수 있다. 검액의 온도는 표준 완충액의 온도와 같은 것이 좋다. 그 차가 1℃이상 있을 때는 온도 보정 꼭지 또는 온도 보정용 감온부로 보정한다. 보정을 했더라도 그 측정오차가 pH 0.1 이상 될 때가 있다. 특히 염기성 액은 그 오차가 크므로 조심하여야 한다.

4. 안전 및 유의사항

• 전극의 끝부분은 얇은 유리 막이므로 깨지지 않도록 주의한다.
• 전극의 보관은 반드시 완 충욕액 및 보관액 (KCl 포화 용액)에 담가서 보관해야 한다.
• 사용 전에 반드시 완 충욕액을 이용하여 보정하여 사용한다.
• 보정할 때는 하상 신선한 완충욕액을 사용하며 시료 완 충욕액들이 서로 pH 3 이상의 차이가 나지 않도록 한다.
• 측정에 사용되는 물 : 정제수를 증류하여 유액을 15분 이상 끓여서 이산화탄소를 날려 보내고 소다석회 관을 달고 식힌다.

5. pH에 영향을 주는 요소들

• 온도에 의한 영향 : 온도가 높으면 수소이온의 활동도가 높아져 pH가 낮아진다.
• 유기용매에 의한 영향 : 유기분자들은 수소이온을 둘러싸 free이온의 활동을 방해할 뿐 아니라 수소이온과 결합하려는 힘이 강하기 때문에 물의 해리 상수는 훨씬 작아지게 되어 pH가 증가한다.
• 완충액 : 외부로부터 어느 정도의 산 또는 염기를 넣어도 수소이온 농도를 일정하게 유지하려고 하는 용액, 약한 산과 그 염, 또는 약한 염기와 그 염의 혼합용액이다.