A pH betűk félig víz alatt állnak egy főzőpohárban, és a fölöttük lévő oldat úgy változtatja a színét, mint egy univerzális indikátor, pirostól sárgán és zöldön át kékig és ibolyáig. A bürettából csepp hull, a felszínen gyűrű terjed szét, az aljáról buborékok szállnak fel, a keverő forog, az üvegelektród gömbje világít. A sarokban lévő műszer egy számot mutat, és a lenti indikátorcsíkon a jel ugyanahhoz a mezőhöz ér.
Egységlap
kémia és laboratórium adatlap 1/1 · átd. 2026-09pH-érték pH
SI-n kívüli mennyiség · mennyiség: egy oldat savassága, a hidrogénion-aktivitás dimenzió nélküli logaritmusa
Logaritmikus skála, amelynek nincs mértékegysége
1909-ben Søren Sørensen dán vegyész a Carlsberg sörgyár laboratóriumában azt vizsgálta, hogyan függenek az enzimek a sörlé savasságától, és naponta olyan koncentrációkat jegyzett fel, mint 0,000 000 1 mol literenként. Megunva a nullák számolását, azt javasolta, hogy maga a szám helyett csak a mínuszjel nélküli kitevőt írják, így egy tízmilliomodból egyszerű hetes lett, és azóta a savasságot olyan számmal mérik, amely mögött nem áll semmilyen mértékegység.
Ez az írásmód kényelmes, de alattomos: egy egységnyi lépés tízszeres változást jelent, ezért egy pH 3-as oldat nem egyharmaddal savasabb egy pH 5-ösnél, hanem százszor, és két pH-értéket sem összeadni, sem átlagolni nem lehet. Ha egyenlő térfogatú pH 2-es és pH 4-es oldatot összekeverünk, nem 3-at kapunk, hanem 2,30-at, mert maguk a koncentrációk adódnak össze, a logaritmust pedig csak az összegből vesszük.
A lap megmutatja, hogyan viselkedik a pH titráláskor, miért semleges a hetes csak huszonöt fokon, és miért nem lehet a mennyiséget, amelyet minden akvarista mér, ma sem szigorúan megmérni anélkül, hogy megállapodnánk, mit tekintünk egyetlen ion aktivitásának.
Kis p-vel és nagy H-val írjuk, mindig ebben a sorrendben és szóköz nélkül: pH, nem PH és nem Ph, mert a kisbetű egy műveletet, a nagybetű egy kémiai elemet jelöl. A szám a jel után áll, mint a fokban megadott hőmérsékletnél: pH 7,40, és utána semmilyen mértékegységet nem írunk.
A pH nem a sav koncentrációja és nem is az erőssége: az azonos koncentrációjú ecet és sósav pH 2,9-et és 1,0-t ad, egy puffer pedig sok savat tartalmazhat, és mégis majdnem semleges számot mutathat. Ne tévesszük össze a pKa-val sem, amely magához a savhoz tartozik, és nem függ attól, mennyit töltöttünk belőle, míg a pH az oldathoz tartozik.
01 · Meghatározás
logaritmus · aktivitás · semleges pontA pH-érték a hidrogénionok oldatbeli aktivitásának ellentett előjelű tízes alapú logaritmusa. Az aktivitás dimenzió nélküli, mert egy literenként egy mol standard koncentrációhoz viszonyítják, ezért maga a logaritmus is dimenzió nélküli: a pH-t semmilyen mértékegységben nem mérik, csak számmal fejezik ki.
Híg oldatokban az aktivitás majdnem egybeesik a koncentrációval, és ilyenkor a pH közvetlenül a literenkénti molokból számolható, tömény oldatokban és tengervízben viszont az ionok zavarják egymást, és a koncentráció meg az aktivitás közti különbség egység tizedeit is eléri. Maga a víz is kissé hidrogén- és hidroxidionokra bomlik, aktivitásuk szorzata 25 °C-on 10⁻¹⁴, és semlegesnek azt az oldatot nevezik, amelyben mindkettőből ugyanannyi van, vagyis a pH 7.
A víz ionszorzata gyorsan nő a hőmérséklettel, ezért a semleges pont forrásponton 6,13-ra süllyed, nulla fokon pedig 7,47-re emelkedik; egy pH 7-es oldat 50 °C-on már gyengén lúgos, noha a szám ugyanaz maradt.
Két csepp, amely átszínezi a poharat
Balra egy bürettából titrálószer csöpög egy 25 milliliter oldatot tartalmazó főzőpohárba; a folyadékot az univerzális indikátor a pillanatnyi pH-ja szerint színezi, a sarokban lévő műszer pedig a számot mutatja. Jobbra nő a titrálási görbe: a megtett szakasz vastag vonallal, az indikátor színében van megrajzolva, a többi vékony szürke pontozott vonallal; a vízszintes pontozott vonal a semleges pont, pH 7, a függőleges az ekvivalenciapont, ahol pontosan annyi titrálószert adtunk hozzá, amennyi az egész savhoz vagy bázishoz kell.
pH 2 és pH 4 keveréke — nem három lesz
Egy liter pH 2-es oldatban egy század mol hidrogénion van, egy liter pH 4-esben egy tízezred, így a keverés után két literben 0,0101 mol lesz, vagyis literenként 0,00505, és ez pH 2,30. A savas oldat szinte teljesen meghatározza az eredményt, a kevésbé savas csak hígítást ad hozzá, ezért több minta átlagos pH-ja, egyszerű átlagként jegyzőkönyvbe írva, mindig valótlant mond a legsavasabbról.
02 · Átszámítás
koncentrációk · anyagok · hőmérsékletA műszer számától a literenkénti molokig
Adja meg a pH-t, a hidrogén- vagy hidroxidionok koncentrációját vagy a pOH-t, és a lap kiszámol minden mást, összeveti az oldatot ismert anyagokkal, és megmutatja, hol van a semleges pont más hőmérsékleten. Minden fülön ugyanaz az oldat; csak az változik, amihez hasonlítjuk.
Megjegyzendő szabály: minden pH-egység a koncentráció tízszeres változása, minden 0,3 egység kétszeres.
Az átszámítás az aktivitást a koncentrációval egyenlőnek veszi, ami csak híg oldatokra igaz; tengervízben, vérben és erős savakban az aktivitási együttható miatti korrekció egy-két tizeddel elmozdítja a választ. Az anyagok pH-értékei jellemzők, nem normatívak: a citromlénél, a kávénál és az esőnél a mintáról mintára való eltérés fél egységet is elér.
| {k} | {v} | {note} |
{text}
04 · Mérőeszközök
papír · üveg · platina · pufferekMivel fogják meg a hidrogéniont
Szivárvány a csíkon
Az univerzális indikátor több festék keveréke, amelyek mindegyike a saját szűk tartományában vált színt, így együtt a teljes skálát kiszínezik pirostól ibolyáig. A csíkot belemártják az oldatba, az oldat felszívódik a papírban, a színt pedig szemmel vetik össze a nyomtatott skálával; a pontosság körülbelül egy egység, de a válasz egy másodperc alatt kész, és nem kell hozzá semmilyen műszer.
Üveg, amely érzi a savat
Egy különleges üvegből készült vékony gömb a felszínén megduzzad, és a hidrogénionok kicserélődnek hidratált rétegével, így a belső és a külső oldat között potenciálkülönbség jön létre. 25 °C-on pH-egységenként 59,16 millivolttal változik, melegítéskor pedig a meredekség nő, ezért egy rendes pH-mérő mindig a hőmérsékletet is méri.
Az egész elektrokémia nullpontja
Egy szivacsos platinafeketével bevont platinalemezt egy bar nyomású hidrogénnel mosnak, és rajta egyensúly áll be a gáz és az oldat hidrogénionjai között. Az ilyen elektród kényelmetlen és szeszélyes, potenciálja viszont közvetítők nélkül követi magát a definiáló képletet, és éppen vele minősítik azokat az elsődleges puffereket, amelyekhez a világ összes üvegelektródját kalibrálják.
Három pohár minden mérés előtt
Az üvegelektród öregszik, nullpontja és meredeksége elmászik, ezért munka előtt a műszert ismert pH-jú pufferekkel ellenőrzik, általában 4,01, 7,00 és 10,01 · 25 °C, és ezek alapján újra felveszik az egyenest. Az ilyen kalibrálás nélküli műszer két tizedesjegyű számot mutat, de a második jegy csak addig becsületes, amíg az elektródot át nem teszik egy ismeretlen oldatba.
05 · Írásszabályok
jel a szám előtt · mértékegység nélkül · hőmérséklettelA szám a jel után, mértékegység nincs
A pH jelet a szám elé írjuk, mint egy skála nevét, nem utána, mint egy mértékegységet, és egy pontos érték mellé odaírjuk a hőmérsékletet, amelyen kapták.
A jobb oldali első sor a szám mögé teszi a jelet, mintha a pH mértékegység volna, a második nagy P-t ír, ami a kémiában semmit sem jelent, a harmadik pedig literenkénti molt rendel a kitevőhöz, pedig a mol csak a koncentrációban él. A negyedik százalékra váltja a logaritmust, így egy 0,3-es csökkenés szerénynek tűnik, holott a hidrogénionok fele maradt, az ötödik nem létező „egységeket” tesz hozzá, a hatodik pedig logaritmusokat átlagol ott, ahol a koncentrációkat kellene.
06 · Szomszédos egységek
koncentráció · logaritmus · anyagmennyiségA pH logaritmusa alatt literenkénti molban kifejezett koncentráció áll, maga a logaritmus pedig a decibel rokonává teszi, amely ugyanígy sűrít tucatnyi nagyságrendet egy rövid skálára, és a mol marad az egyetlen SI-egység, amelyen keresztül a pH egyáltalán kapcsolódik a rendszerhez.
Éppen az a koncentráció, amelynek a logaritmusát vesszük, és amelyben azt számoljuk, mennyi savat töltöttünk.
Szintén dimenzió nélküli logaritmus, csak teljesítményarányé, és tízes szorzóval.
Anyagmennyiség, amelyen keresztül a pH a Nemzetközi Mértékegységrendszerhez kapcsolódik.
07 · Történeti rész
archívum · a sörgyártól az IUPAC-igHogyan lett a nullákból skála
{title}
{text}
Négy lépcsőfok, amely nem fér el egy lapon
Az oszlop magassága a hidrogénion-koncentráció közönséges, nem logaritmikus léptékben, pH 1, 2, 3 és 4 esetén. Minden következő oszlop tízszer alacsonyabb az előzőnél, a negyedik már alig látszik; a keret sorban végigjárja őket.
Sørensen nem a szépség kedvéért választotta a logaritmust, hanem mert különben a mennyiségek, amelyekkel dolgozott, semmilyen papírra nem fértek volna rá: a pH 1-től pH 7-ig tartó hét lépcsőfok tízmilliószorosára nyújtaná a lineáris skálát.
Mennyiség, amely megállapodás nélkül nem mérhető
A definíció egyetlen hidrogénion aktivitásáról beszél, a termodinamika azonban csak ellentétes töltésű ionok aktivitásainak szorzatát tudja mérni, mert az oldat mindig elektromosan semleges, és egyetlen iont nem lehet kivenni belőle. Szigorúan a definíció szerint tehát egyetlen műszer sem méri a pH-t; csak olyan mennyiség hozzáférhető, amelybe a hidrogénnel együtt a kloridion is belép.
A rést megállapodás zárja be: a Bates–Guggenheim-konvenció szerint a kloridion aktivitási együtthatóját az oldatelmélet egyszerű képletével számítják ki, majd a Harned-cella hidrogén- és ezüst-ezüst-klorid elektróddal, folyadékhatár nélkül néhány referenciapuffer elsődleges pH-értékét adja. A Föld minden más mérése kalibrálások láncán át ezekre a pufferekre támaszkodik.
Minden pH-számban tehát a mérésen kívül egy megállapodás is ott van, és két laboratórium nem azért egyezik egység századaira, mert ugyanazt a természetet mérte, hanem mert ugyanazt a konvenciót fogadta el, és ugyanazokhoz a pufferekhez kalibrált.