Bogstaverne pH står halvt under vand i et bægerglas, og opløsningen over dem skifter farve som en universalindikator, fra rød over gul og grøn til blå og violet. Fra buretten falder en dråbe, en ring breder sig over overfladen, fra bunden stiger bobler op, omrøreren drejer, glaselektrodens kugle lyser. Måleren i hjørnet viser et tal, og mærket på indikatorstrimlen forneden glider hen til det samme felt.
Enhedsblad
kemi og laboratorium blad 1/1 · rev. 2026-09pH-værdi pH
Størrelse uden for SI · størrelse: en opløsnings surhedsgrad, den dimensionsløse logaritme af hydrogenionaktiviteten
En logaritmisk skala uden enhed
I 1909 undersøgte den danske kemiker Søren Sørensen i bryggeriet Carlsbergs laboratorium, hvordan enzymer afhænger af urtens surhedsgrad, og hver dag noterede han koncentrationer som 0,000 000 1 mol per liter. Træt af at tælle nuller foreslog han i stedet for selve tallet kun at skrive eksponenten uden minustegn, så en timilliontedel blev til et simpelt syvtal, og siden har man målt surhedsgrad med et tal, der ikke har nogen enhed bag sig.
Skrivemåden er bekvem, men lumsk: et skridt på én enhed betyder en tidobling, så en opløsning med pH 3 er ikke en tredjedel surere end en med pH 5, men hundrede gange, og to pH-værdier kan hverken lægges sammen eller tages gennemsnit af. Blander man lige store volumener af opløsninger med pH 2 og pH 4, får man ikke 3, men 2,30, fordi det er selve koncentrationerne, der lægges sammen, og logaritmen tages først af summen.
Arket viser, hvordan pH opfører sig ved en titrering, hvorfor syv kun er neutralt ved femogtyve grader, og hvorfor den størrelse, som enhver akvarist måler, stadig ikke kan måles strengt uden en aftale om, hvad der regnes for aktiviteten af en enkelt ion.
Skrives med lille p og stort H, altid i den rækkefølge og uden mellemrum: pH, ikke PH eller Ph, fordi det lille bogstav betegner en operation og det store et grundstof. Tallet sættes efter tegnet, som ved temperatur i grader: pH 7,40, og der skrives ingen enhed efter det.
pH er hverken en syres koncentration eller dens styrke: eddike og saltsyre med samme koncentration giver pH 2,9 og 1,0, og en buffer kan indeholde meget syre og alligevel vise et næsten neutralt tal. Forveksl det heller ikke med pKa, som tilhører selve syren og ikke afhænger af, hvor meget der er hældt i, mens pH tilhører opløsningen.
01 · Definition
logaritme · aktivitet · neutralpunktpH-værdien er den negative titalslogaritme af hydrogenionernes aktivitet i en opløsning. Aktiviteten er dimensionsløs, fordi den måles i forhold til en standardkoncentration på én mol per liter, og derfor er også logaritmen dimensionsløs: pH måles ikke i nogen enhed, men udtrykkes kun med et tal.
I fortyndede opløsninger falder aktiviteten næsten sammen med koncentrationen, og så kan pH beregnes direkte ud fra mol per liter, mens ionerne i stærke opløsninger og havvand forstyrrer hinanden, og forskellen mellem koncentration og aktivitet når tiendedele af en enhed. Vandet selv spalter sig en smule i hydrogen- og hydroxidioner, produktet af deres aktiviteter er 10⁻¹⁴ ved 25 °C, og neutral kaldes en opløsning, hvor der er lige meget af begge, altså pH 7.
Vandets ionprodukt vokser hurtigt med temperaturen, derfor falder neutralpunktet til 6,13 ved kogning og stiger til 7,47 ved nul grader; en opløsning med pH 7 er allerede svagt basisk ved 50 °C, selv om tallet er det samme.
To dråber, der farver bægerglasset om
Til venstre drypper titrant fra en burette ned i et bægerglas med 25 milliliter opløsning; væsken er farvet med universalindikator efter sin aktuelle pH, og måleren i hjørnet viser tallet. Til højre vokser titreringskurven: den tilbagelagte del er tegnet med tyk streg i indikatorens farve, resten med tynd grå prikket linje; den vandrette prikkede linje er neutralpunktet pH 7, den lodrette ækvivalenspunktet, hvor der er tilsat præcis så meget titrant, som hele syren eller basen kræver.
Bland pH 2 og pH 4 — det bliver ikke tre
En liter opløsning med pH 2 indeholder en hundrededel mol hydrogenioner, en liter med pH 4 en titusindedel, så efter blandingen er der 0,0101 mol i to liter, altså 0,00505 per liter, og det er pH 2,30. Den sure opløsning bestemmer næsten helt resultatet, den mindre sure bidrager kun med fortynding, og derfor siger gennemsnits-pH for flere prøver, indført i en rapport som et simpelt gennemsnit, altid noget usandt om den sureste af dem.
02 · Omregning
koncentrationer · stoffer · temperaturFra tallet på måleren til mol per liter
Indtast pH, koncentrationen af hydrogen- eller hydroxidioner eller pOH, så regner arket alt det andet om, sammenligner opløsningen med kendte stoffer og viser, hvor neutralpunktet ligger ved en anden temperatur. I alle faner er opløsningen den samme; kun det, den sammenlignes med, skifter.
Huskeregel: hver pH-enhed er en tidobling af koncentrationen, hver 0,3 enhed en fordobling.
Omregningen sætter aktiviteten lig med koncentrationen, hvilket kun passer for fortyndede opløsninger; i havvand, blod og stærke syrer flytter korrektionen for aktivitetskoefficienten svaret en eller to tiendedele. Stoffernes pH-værdier er typiske, ikke normative: for citronsaft, kaffe og regn svinger de op til en halv enhed fra prøve til prøve.
| {k} | {v} | {note} |
{text}
04 · Måleinstrumenter
papir · glas · platin · buffereHvad man fanger hydrogenionen med
En regnbue på strimlen
Universalindikatoren er en blanding af flere farvestoffer, som hver skifter farve inden for sit eget smalle område, så de tilsammen farver hele skalaen fra rød til violet. Strimlen dyppes i opløsningen, opløsningen stiger op i papiret, og farven sammenlignes med det blotte øje med den trykte skala; nøjagtigheden er omkring én enhed, men svaret er klar på et sekund og kræver intet instrument.
Glas, der mærker syre
En tynd kugle af specialglas svulmer op i overfladen, og hydrogenioner udveksles med dens hydratiserede lag, så der opstår en potentialforskel mellem den indre og den ydre opløsning. Ved 25 °C ændres den med 59,16 millivolt per pH-enhed, og ved opvarmning vokser hældningen, derfor måler en ordentlig pH-måler altid også temperaturen.
Hele elektrokemiens nulpunkt
En platinplade dækket med svampet platinsort skylles med hydrogen under et tryk på én bar, og på den indstiller der sig en ligevægt mellem gassen og hydrogenionerne i opløsningen. En sådan elektrode er uhåndterlig og lunefuld, men dens potential følger uden mellemled selve den definerende formel, og det er netop med den, man certificerer de primære buffere, som alle verdens glaselektroder kalibreres efter.
Tre bægerglas før hver måling
En glaselektrode ældes, og dens nulpunkt og hældning driver, derfor kontrollerer man måleren før arbejdet med buffere med kendt pH, som regel 4,01, 7,00 og 10,01 ved 25 °C, og lægger den rette linje på ny efter dem. En måler uden en sådan kalibrering viser et tal med to decimaler, men den anden decimal er kun ærlig, indtil elektroden flyttes til en ukendt opløsning.
05 · Skriveregler
tegn før tallet · uden enhed · med temperaturTallet efter tegnet, ingen enhed
Tegnet pH sættes før tallet, som navnet på en skala, og ikke efter som en enhed, og ved siden af en nøjagtig værdi angiver man den temperatur, den blev fundet ved.
Første linje til højre sætter tegnet efter tallet, som om pH var en enhed, anden skriver et stort P, som intet betyder i kemien, og tredje tillægger eksponenten mol per liter, selv om mol kun hører hjemme i koncentrationen. Fjerde omregner logaritmen til procent, så et fald på 0,3 ser beskedent ud, selv om hydrogenionerne er halveret, femte tilføjer ikke-eksisterende »enheder«, og sjette tager gennemsnit af logaritmer, hvor man burde tage gennemsnit af koncentrationer.
06 · Naboenheder
koncentration · logaritme · stofmængdeUnder pH-værdiens logaritme ligger en koncentration i mol per liter, selve logaritmen gør den i familie med decibel, der på samme måde presser snesevis af størrelsesordener sammen i en kort skala, og molen forbliver den eneste SI-enhed, gennem hvilken pH overhovedet er knyttet til systemet.
Netop den koncentration, hvis logaritme man tager, og som man tæller i, når man vil vide, hvor meget syre der er hældt i.
Også en dimensionsløs logaritme, blot af et effektforhold og med faktoren ti.
Stofmængde, gennem hvilken pH er knyttet til Det Internationale Enhedssystem.
07 · Historisk afsnit
arkiv · fra bryggeriet til IUPACHvordan nullerne blev en skala
{title}
{text}
Fire trin, der ikke kan være på ét ark
Søjlens højde er hydrogenionkoncentrationen i almindelig, ikke-logaritmisk skala, for pH 1, 2, 3 og 4. Hver følgende søjle er ti gange lavere end den forrige, og den fjerde ses allerede knap; rammen går dem igennem på skift.
Sørensen valgte ikke logaritmen for skønhedens skyld, men fordi de størrelser, han arbejdede med, ellers ikke kunne være på noget papir: de syv trin fra pH 1 til pH 7 ville strække en lineær skala ti millioner gange.
En størrelse, der ikke kan måles uden en aftale
Definitionen taler om aktiviteten af en enkelt hydrogenion, men termodynamikken kan kun måle produkter af aktiviteter for ioner med modsat ladning, fordi en opløsning altid er elektrisk neutral, og man ikke kan tage en enkelt ion ud af den. Strengt efter definitionen måler intet instrument derfor pH; tilgængelig er kun en størrelse, hvor chloridionen indgår sammen med hydrogenet.
Kløften lukkes med en aftale: efter Bates–Guggenheim-konventionen beregner man chloridionens aktivitetskoefficient med en enkel formel fra opløsningsteorien, og derefter giver Harned-cellen med hydrogen- og sølv-sølvchloridelektrode uden væskeovergang primære pH-værdier for nogle referencebuffere. Alle andre målinger på Jorden hviler på disse buffere gennem en kæde af kalibreringer.
I hvert pH-tal sidder der altså ud over selve målingen også en aftale, og to laboratorier er enige på hundrededele af en enhed, ikke fordi de har målt den samme natur, men fordi de har vedtaget den samme konvention og kalibreret efter de samme buffere.