pH 란 용액의 산성 및 염기성 정도 <산(acid) 또는 알카리(alkali) 상태의 세기 정도> 를 나타내는 측정 단위로 알려져 있다. pH를 부르는 방법에는 여러 가지가 있으며, 특히 부르는 방법에는 독어의 페하와 영어의 피에취 양쪽 모두 사용된다. 우리나라에서는 일반적으로 피에취로 불리워 진다.
pH 는 눈금상에서 0 부터 14 까지 측정된다. pH용어의 "p" 는 음의 상용대수의 수학적 symbol< 대수의 power를 뜻하고> 로서 "H" 는 수소의 화학적 symbol <Hydrogen> 에서 유도 되었다. pH는 수소이온 농도를 그 역수의 상용대수로서 나타내는 값으로 정의 된다.
Activity constant는 이온이 화학반응에 참여하는 정도를 표시한 양으로 묽은 용액처럼 이온수가 적고 이온이 자유로이 동작할 수 있는 경우 1.0이며, 이온 농도가 많아지면 같은 이온끼리 방해가 되어 1.0보다 작아지게 된다.
H+ 농도가 OH- 농도보다 큰 물질은 산성이고, OH- 가 H+ 농도보다 크면 염기성이다. H+ 와 OH- 가 동일량으로 존재하면 중성이 된다. 산과 염기는 자유 Hydrogen 과 Hydroxyl Ion을 각각 가지고있다. 어떤 주어진 용액 내에서 주어진 일련의 조건에 대해 Hydrogen Hon 과 Hydroxyl Ion의 관계는 일정하다. 산과 염기는 각각 알려진 다른 것으로 결정할 수 있다 그래서 수소이온의 활동도라고만 하더라도 pH 는 산과 염기 모두의 측정이다.
pH 는 대수의 기능 을 가지므로 ,pH 1의 변화는 수소이온 농도 10 배의 변화를 나타내며 pH 1의 변화는 전극상에서59.16 mv 의 전위를 가지고 있다.
용액의 종류
수소이온의 농도[mol/l]
pH = -log{수소이온의 농도}
1/10 N HCl
10-1
1
1/100 N HCl
10-2
2
중 성
10-7
7
1/100 N NaOH
10-12
12
1/10 N NaOH
10-13
13
측정방법
pH 는 대략적으로 pH PAPER나 지시약을 사용해서 pH의 정도에 따른 색상의 변화로 측정할 수 있다. 이들 지시약들은 자체의 정확도에 한계가 있으며, 색깔을 갖고 있거나 어두운 시료들을 정확하게 측정하는데 어려움이 있다. 조금더 정확한 측정은 PH METER로 측정할 수 있다.
pH 측정은 3가지 부분, 즉 pH 측정전극, 기준전극, 고입력증폭기로 구성된다. pH 전극은 측정되는 용액의 pH 에따라 변화된는 전극을 말하며 pH 전극은 hydrogen ion sensitive glass bulb 내외의 수소이온 농도 변화에 따라 변화되는 mv 출력을 가진다.
기준 전극은 수소이온 농도에 따라 출력이 변화되지않고 항상 일정한 전위를가진다. pH 전극은 높은 내부저항을가지므로 작은 전위변화도 감지할 수 있다. pH METER 의 내부저항은 매우 중요한변수이며 전극의 내부저항보다 1000배 더 높아야 한다.
유리막으로 만들어진 용기G에 내부의 pH를 알고 있는 용액 B를넣어 이것을 검액 A의 내부에 담그면 유리막 양쪽에 기전력이 발생한다. 이때 양쪽용액 A,B에 적당한 전극 E1, E2를 담그면 두 전극 사이에 전위차가 발생하는데 이를 전압계로 측정하면 유리막에 발생하는 기전력을 알 수 있다. 이때 유리막이 수소이온의 농도에 따라서만 전위값이 변화하는 성질을 갖는다면 두 전극 사이의 전위차로부터 용액의 pH값을 알 수 있다.
온도관계
pH 전극과 측정은 온도에 민감함으로 온도보상 시스템이 기기 내에 포함되어 수동으로나 자동으로 각각 온도보상을 해야한다. 수동보상에 있어서는 온도보상을 분리해서 해야하며, pH METER 에서 적당한 온도를 수동으로 입력해야한다. 자동보상에 있어서는, 분리된 온도 probe로 부터 신호가 pH meter로 들어가서, 그 온도에서 시료의 정확한 pH 값을측정하게 된다.
pH 전극은 온도에 민감하며, pH meter 에서 보상 되어야 한다. pH meter의 회로는 전극반응을 일반적으로 수학적으로기술한 nernst 방정식을 이용한 것이다. 이방정식에 따라 25도 에서 59.16 mV 의 전위를 얻는다. 한 용액에서 온도의 변화는 nernst 방정식과 관련해서 glass pH 전극의 mV 출력을 변하게 한다. 예로 50 도 에서는 pH 당 64.1mV 를 얻는다. 전극강도대 온도에서 자체의 변화는 일직선을 가지고대부분의 pH METER 는 이를 보상한 회로를 내장하고있다.
