Písmena pH stojí napůl pod vodou v kádince a roztok nad nimi mění barvu jako univerzální indikátor, od červené přes žlutou a zelenou k modré a fialové. Z byrety padá kapka, po hladině se šíří kruh, ze dna stoupají bublinky, míchadlo se točí, baňka skleněné elektrody svítí. Přístroj v rohu ukazuje číslo a značka na indikátorovém proužku dole dojíždí do stejného políčka.
List jednotky
chemie a laboratoř list 1/1 · rev. 2026-09Vodíkový exponent pH
Veličina mimo SI · veličina: kyselost roztoku, bezrozměrný logaritmus aktivity vodíkových iontů
Logaritmická stupnice, která nemá jednotku
Roku 1909 zkoumal dánský chemik Søren Sørensen v laboratoři pivovaru Carlsberg, jak enzymy závisejí na kyselosti mladiny, a každý den zapisoval koncentrace jako 0,000 000 1 molu na litr. Unaven počítáním nul navrhl psát místo samotného čísla jen exponent bez znaménka minus, takže jedna desetimiliontina se proměnila v obyčejnou sedmičku, a od té doby se kyselost měří číslem, za kterým nestojí žádná jednotka.
Takový zápis je pohodlný, ale zrádný: krok o jednu jednotku znamená desetinásobnou změnu, proto roztok s pH 3 není kyselejší než roztok s pH 5 o třetinu, ale stokrát, a dvě hodnoty pH nelze ani sečíst, ani zprůměrovat. Smícháním stejných objemů roztoků s pH 2 a pH 4 nevznikne 3, ale 2,30, protože se sčítají samotné koncentrace a logaritmus se bere až ze součtu.
List ukazuje, jak se pH chová při titraci, proč je sedmička neutrální jen při pětadvaceti stupních a proč veličinu, kterou měří každý akvarista, dodnes nelze přísně změřit bez dohody o tom, co se považuje za aktivitu jediného iontu.
Píše se malým p a velkým H, vždy v tomto pořadí a bez mezery: pH, nikoli PH ani Ph, protože malé písmeno označuje operaci a velké chemický prvek. Číslo se píše za značku, jako u teploty ve stupních: pH 7,40, a žádná jednotka se za ním nepíše.
pH není koncentrace kyseliny ani její síla: ocet a kyselina chlorovodíková téže koncentrace dávají pH 2,9 a 1,0 a pufr může obsahovat hodně kyseliny, a přesto ukazovat téměř neutrální číslo. Nezaměňovat ani s pKa, které patří samotné kyselině a nezávisí na tom, kolik jí bylo nalito, kdežto pH patří roztoku.
01 · Definice
logaritmus · aktivita · neutrální bodVodíkový exponent pH je záporně vzatý dekadický logaritmus aktivity vodíkových iontů v roztoku. Aktivita je bezrozměrná, protože se vztahuje ke standardní koncentraci jednoho molu na litr, a proto je bezrozměrný i samotný logaritmus: pH se neměří v žádných jednotkách, pouze se vyjadřuje číslem.
Ve zředěných roztocích se aktivita téměř shoduje s koncentrací a pH pak lze počítat přímo z molů na litr, kdežto v koncentrovaných roztocích a mořské vodě si ionty navzájem překážejí a rozdíl mezi koncentrací a aktivitou dosahuje desetin jednotky. Voda sama se trochu rozpadá na vodíkové a hydroxidové ionty, součin jejich aktivit je při 25 °C 10⁻¹⁴ a neutrální se nazývá roztok, ve kterém je obojích stejně, tedy pH 7.
Iontový součin vody rychle roste s teplotou, proto neutrální bod při varu klesá na 6,13 a při nule stupňů stoupá na 7,47; roztok s pH 7 je při 50 °C už slabě zásaditý, i když číslo zůstalo stejné.
Dvě kapky, které přebarví kádinku
Vlevo z byrety kape titrační činidlo do kádinky s 25 mililitry roztoku, kapalina je obarvena univerzálním indikátorem podle svého okamžitého pH a přístroj v rohu ukazuje číslo. Vpravo roste titrační křivka: prošlá část je nakreslena silnou čarou v barvě indikátoru, zbytek tenkou šedou tečkovanou čarou, vodorovná tečkovaná čára je neutrální bod pH 7, svislá je bod ekvivalence, kde bylo přidáno přesně tolik titračního činidla, kolik potřebuje celá kyselina nebo zásada.
Smíchejte pH 2 a pH 4 — nevyjde tři
V litru roztoku s pH 2 je setina molu vodíkových iontů, v litru s pH 4 desetitisícina, takže po smíchání bude ve dvou litrech 0,0101 molu, tedy 0,00505 na litr, a to je pH 2,30. Kyselý roztok téměř úplně určuje výsledek, méně kyselý k němu přidává jen zředění, a proto průměrné pH několika vzorků, zapsané do protokolu jako prostý průměr, vždy klame o tom nejkyselejším z nich.
02 · Převod
koncentrace · látky · teplotaOd čísla na přístroji k molům na litr
Zadejte pH, koncentraci vodíkových nebo hydroxidových iontů či pOH a list přepočítá všechno ostatní, porovná roztok se známými látkami a ukáže, kde leží neutrální bod při jiné teplotě. Ve všech záložkách je roztok tentýž, mění se jen to, s čím se porovnává.
Pravidlo k zapamatování: každá jednotka pH je desetinásobná změna koncentrace, každých 0,3 jednotky dvojnásobná.
Přepočet pokládá aktivitu za rovnou koncentraci, což platí jen pro zředěné roztoky; v mořské vodě, krvi a silných kyselinách posune oprava na aktivitní koeficient výsledek o jednu až dvě desetiny. Hodnoty pH látek jsou typické, nikoli normativní: u citronové šťávy, kávy a deště dosahuje rozptyl mezi vzorky poloviny jednotky.
| {k} | {v} | {note} |
{text}
04 · Měřicí přístroje
papír · sklo · platina · pufryČím se chytá vodíkový iont
Duha na proužku
Univerzální indikátor je směs několika barviv, z nichž každé mění barvu ve svém úzkém intervalu, takže dohromady zbarví celou stupnici od červené po fialovou. Proužek se ponoří do roztoku, roztok vzlíná papírem a barva se okem porovná s vytištěnou stupnicí; přesnost je asi jedna jednotka, zato odpověď je hotová za vteřinu a nepotřebuje žádný přístroj.
Sklo, které cítí kyselinu
Tenká baňka ze speciálního skla na povrchu bobtná a vodíkové ionty se vyměňují s její hydratovanou vrstvou, takže mezi vnitřním a vnějším roztokem vzniká rozdíl potenciálů. Při 25 °C se mění o 59,16 milivoltu na každou jednotku pH a při zahřátí směrnice roste, proto pořádný pH metr vždy měří i teplotu.
Nula celé elektrochemie
Platinový plíšek pokrytý houbovitou platinovou černí se omývá vodíkem pod tlakem jednoho baru a na něm se ustaví rovnováha mezi plynem a vodíkovými ionty v roztoku. Taková elektroda je nepohodlná a vrtošivá, zato její potenciál odpovídá bez prostředníků samotnému definičnímu vzorci a právě jí se atestují primární pufry, podle kterých se kalibrují všechny skleněné elektrody světa.
Tři kádinky před každým měřením
Skleněná elektroda stárne a její nula i směrnice se posouvají, proto se přístroj před prací kontroluje pufry o známém pH, obvykle 4,01, 7,00 a 10,01 při 25 °C, a podle nich se znovu sestrojí přímka. Přístroj bez takové kalibrace ukazuje číslo na dvě desetinná místa, ale druhé je poctivé jen do chvíle, kdy se elektroda přenese do neznámého roztoku.
05 · Pravidla zápisu
značka před číslem · bez jednotky · s teplotouČíslo za značkou, jednotka žádná
Značka pH se píše před číslo jako název stupnice, nikoli za něj jako jednotka, a vedle přesné hodnoty se uvádí teplota, při které byla získána.
První řádek vpravo píše značku za číslo, jako by pH bylo jednotkou, druhý píše velké P, které v chemii nic neznamená, a třetí připisuje exponentu moly na litr, ačkoli moly žijí jen v koncentraci. Čtvrtý převádí logaritmus na procenta, takže pokles o 0,3 vypadá skromně, ačkoli vodíkových iontů je o polovinu méně, pátý přidává neexistující „jednotky“ a šestý průměruje logaritmy tam, kde se mají průměrovat koncentrace.
06 · Sousední jednotky
koncentrace · logaritmus · látkové množstvíPod logaritmem pH leží koncentrace v molech na litr, samotný logaritmus ho činí příbuzným decibelu, který stejně tak stlačuje desítky řádů do krátké stupnice, a mol zůstává jedinou jednotkou SI, přes kterou je pH vůbec spojeno se soustavou.
Právě ta koncentrace, z níž se bere logaritmus, a v níž se počítá, kolik kyseliny bylo nalito.
Také bezrozměrný logaritmus, jen z poměru výkonů a s násobitelem deset.
Látkové množství, přes které je pH spojeno s Mezinárodní soustavou jednotek.
07 · Historický oddíl
archiv · od pivovaru k IUPACJak se z nul stala stupnice
{title}
{text}
Čtyři stupně, které se nevejdou na jeden list
Výška sloupce je koncentrace vodíkových iontů v obyčejném, nelogaritmickém měřítku, pro pH 1, 2, 3 a 4. Každý další sloupec je desetkrát nižší než předchozí a čtvrtý už je sotva vidět; rámeček je postupně obchází.
Sørensen nezvolil logaritmus pro krásu, ale proto, že jinak by se veličiny, se kterými pracoval, nevešly na žádný papír: sedm stupňů od pH 1 do pH 7 by lineární stupnici natáhlo desetmilionkrát.
Veličina, kterou nelze změřit bez dohody
Definice mluví o aktivitě jediného vodíkového iontu, ale termodynamika umí měřit jen součiny aktivit iontů opačného znaménka, protože roztok je vždy elektricky neutrální a jednotlivý iont z něj nevyjmete. Přísně podle definice proto pH neměří žádný přístroj; dostupná je jen veličina, do níž spolu s vodíkem vstupuje chloridový iont.
Mezeru uzavírá dohoda: podle Batesovy–Guggenheimovy konvence se aktivitní koeficient chloridového iontu počítá jednoduchým vzorcem teorie roztoků a pak Harnedův článek s vodíkovou a argentchloridovou elektrodou bez kapalinového spojení dává primární hodnoty pH pro několik referenčních pufrů. Všechna ostatní měření na Zemi se o tyto pufry opírají přes řetězec kalibrací.
V každém čísle pH tedy kromě samotného měření vězí ještě dohoda a dvě laboratoře se shodnou na setiny jednotky ne proto, že změřily tutéž přírodu, ale proto, že přijaly tutéž konvenci a kalibrovaly se podle týchž pufrů.