Huruf pH berdiri separuh tenggelam di dalam bikar, dan larutan di atasnya bertukar warna seperti penunjuk universal, daripada merah melalui kuning dan hijau ke biru dan ungu. Setitis jatuh dari buret, satu gelang tersebar di permukaan, gelembung naik dari dasar, pengacau berpusing, bebola elektrod kaca menyala. Alat di penjuru menunjukkan nombor, dan penanda pada jalur penunjuk di bawah menggelongsor ke petak yang sama.
Helaian unit
kimia dan makmal helaian 1/1 · semakan 2026-09Nilai pH pH
Kuantiti luar SI · kuantiti: keasidan larutan, logaritma tanpa dimensi bagi keaktifan ion hidrogen
Skala logaritma yang tidak mempunyai unit
Pada tahun 1909 ahli kimia Denmark Søren Sørensen mengkaji di makmal kilang bir Carlsberg bagaimana enzim bergantung pada keasidan wort, dan setiap hari mencatat kepekatan seperti 0.000 000 1 mol per liter. Penat mengira sifar, beliau mencadangkan supaya yang ditulis bukan nombor itu sendiri tetapi hanya eksponennya tanpa tanda tolak, maka satu per sepuluh juta menjadi angka tujuh yang ringkas, dan sejak itu keasidan diukur dengan nombor yang tidak diikuti sebarang unit.
Tulisan ini mudah tetapi memperdaya: langkah satu unit bermaksud perubahan sepuluh kali ganda, oleh itu larutan pH 3 bukan sepertiga lebih berasid daripada larutan pH 5 tetapi seratus kali, dan dua nilai pH tidak boleh dijumlahkan atau dipuratakan. Mencampurkan isi padu yang sama larutan pH 2 dan pH 4 tidak menghasilkan 3 tetapi 2.30, kerana yang dijumlahkan ialah kepekatan itu sendiri, dan logaritma diambil daripada jumlahnya.
Halaman ini menunjukkan bagaimana pH berkelakuan dalam pentitratan, mengapa angka tujuh neutral hanya pada dua puluh lima darjah, dan mengapa kuantiti yang diukur oleh setiap peminat akuarium masih tidak dapat diukur secara tegas tanpa persetujuan tentang apa yang dikira sebagai keaktifan satu ion tunggal.
Ditulis dengan p kecil dan H besar, sentiasa dalam susunan ini dan tanpa jarak: pH, bukan PH atau Ph, kerana huruf kecil menandakan operasi dan huruf besar menandakan unsur kimia. Nombor diletakkan selepas simbol, seperti suhu dalam darjah: pH 7.40, dan tiada unit ditulis selepasnya.
pH bukan kepekatan asid dan bukan juga kekuatannya: cuka dan asid hidroklorik dengan kepekatan yang sama memberikan pH 2.9 dan 1.0, manakala larutan penimbal boleh mengandungi banyak asid tetapi masih menunjukkan nombor yang hampir neutral. Jangan juga mengelirukannya dengan pKa, yang merupakan sifat asid itu sendiri dan tidak bergantung pada berapa banyak yang dituang, sedangkan pH ialah sifat larutan.
01 · Definisi
logaritma · keaktifan · titik neutralNilai pH ialah logaritma perpuluhan bertanda negatif bagi keaktifan ion hidrogen dalam larutan. Keaktifan tidak berdimensi kerana diukur berbanding kepekatan piawai satu mol per liter, maka logaritmanya juga tidak berdimensi: pH tidak diukur dalam sebarang unit, hanya dinyatakan dengan nombor.
Dalam larutan cair, keaktifan hampir sama dengan kepekatan, dan pH boleh dikira terus daripada mol per liter, manakala dalam larutan pekat dan air laut ion-ion saling mengganggu dan perbezaan antara kepekatan dengan keaktifan mencecah persepuluh unit. Air sendiri terurai sedikit kepada ion hidrogen dan hidroksida, hasil darab keaktifan kedua-duanya pada 25 °C ialah 10⁻¹⁴, dan larutan yang mengandungi kedua-duanya sama banyak dipanggil neutral, iaitu pH 7.
Hasil darab ion air meningkat pantas dengan suhu, oleh itu titik neutral turun kepada 6.13 ketika mendidih dan naik kepada 7.47 pada sifar darjah; larutan pH 7 pada 50 °C sudah sedikit beralkali, walaupun nombornya kekal sama.
Dua titis yang menukar warna bikar
Di kiri, pentitran menitis dari buret ke dalam bikar berisi 25 mililiter larutan; cecair diwarnakan oleh penunjuk universal mengikut pH semasanya, dan alat di penjuru menunjukkan nombor. Di kanan, lengkung pentitratan tumbuh: bahagian yang telah dilalui dilukis dengan garis tebal berwarna penunjuk, selebihnya dengan garis putus-putus kelabu nipis; garis putus-putus mendatar ialah titik neutral pH 7, yang menegak ialah titik kesetaraan, tempat pentitran ditambah tepat sebanyak yang diperlukan oleh seluruh asid atau bes.
Campurkan pH 2 dan pH 4 — hasilnya bukan tiga
Satu liter larutan pH 2 mengandungi seperseratus mol ion hidrogen, satu liter larutan pH 4 sepersepuluh ribu, maka selepas dicampur dua liter mengandungi 0.0101 mol, iaitu 0.00505 per liter, dan itu ialah pH 2.30. Larutan berasid hampir sepenuhnya menentukan hasil, yang kurang berasid hanya menambah pencairan, oleh itu pH purata beberapa sampel, jika dicatat dalam laporan sebagai purata biasa, sentiasa menggambarkan secara salah sampel yang paling berasid.
02 · Konversi
kepekatan · bahan · suhuDaripada nombor pada alat kepada mol per liter
Masukkan pH, kepekatan ion hidrogen atau hidroksida, atau pOH, dan halaman ini akan mengira selebihnya, membandingkan larutan dengan bahan yang biasa dikenali, dan menunjukkan kedudukan titik neutral pada suhu lain. Dalam semua tab larutannya sama; yang berubah hanya bandingannya.
Peraturan untuk diingat: setiap unit pH ialah perubahan kepekatan sepuluh kali ganda, setiap 0.3 unit dua kali ganda.
Penukaran ini menganggap keaktifan sama dengan kepekatan, yang hanya benar bagi larutan cair; dalam air laut, darah dan asid kuat, pembetulan pekali keaktifan menganjakkan jawapan satu hingga dua persepuluh. Nilai pH bahan adalah tipikal, bukan piawai: bagi jus limau, kopi dan hujan, perbezaan antara sampel mencecah setengah unit.
| {k} | {v} | {note} |
{text}
04 · Alat ukur
kertas · kaca · platinum · penimbalDengan apa ion hidrogen ditangkap
Pelangi pada jalur
Penunjuk universal ialah campuran beberapa pewarna, setiap satu bertukar warna dalam julat sempitnya sendiri, maka bersama-sama mereka mewarnakan seluruh skala daripada merah hingga ungu. Jalur dicelup ke dalam larutan, larutan naik melalui kertas, dan warnanya dibandingkan dengan mata terhadap skala bercetak; ketepatannya kira-kira satu unit, tetapi jawapan siap dalam sesaat dan tidak memerlukan sebarang alat.
Kaca yang merasa asid
Bebola nipis daripada kaca khas mengembang di permukaan, dan ion hidrogen bertukar dengan lapisannya yang terhidrat, maka beza keupayaan terbentuk antara larutan dalam dan luar. Pada 25 °C beza keupayaan ini berubah 59.16 milivolt bagi setiap unit pH, dan apabila dipanaskan kecerunan bertambah, oleh itu meter pH yang baik sentiasa mengukur suhu juga.
Sifar bagi seluruh elektrokimia
Kepingan platinum bersalut platinum hitam yang berliang dibasuh dengan hidrogen pada tekanan satu bar, dan di atasnya terbentuk keseimbangan antara gas dengan ion hidrogen dalam larutan. Elektrod seperti ini menyusahkan dan cerewet, tetapi keupayaannya mematuhi formula takrif itu sendiri tanpa perantara, dan larutan penimbal primer yang digunakan untuk menentukur semua elektrod kaca di dunia diperakui tepat dengannya.
Tiga bikar sebelum setiap pengukuran
Elektrod kaca menua, sifar dan kecerunannya beranjak, oleh itu sebelum bekerja alat diperiksa dengan larutan penimbal yang pH-nya diketahui, biasanya 4.01, 7.00 dan 10.01 pada 25 °C, dan garis lurus dilukis semula berdasarkannya. Alat tanpa penentukuran sebegini memaparkan nombor dua tempat perpuluhan, tetapi tempat kedua hanya jujur sehingga elektrod dipindahkan ke larutan yang tidak dikenali.
05 · Aturan penulisan
simbol sebelum nombor · tanpa unit · dengan suhuNombor selepas simbol, tiada unit
Simbol pH diletakkan sebelum nombor, seperti nama skala, bukan selepasnya seperti unit, dan di sebelah nilai yang tepat dicatatkan suhu ketika nilai itu diperoleh.
Baris pertama di kanan meletakkan simbol selepas nombor, seolah-olah pH ialah unit, baris kedua menulis P besar yang tidak bermakna dalam kimia, dan baris ketiga memberikan eksponen unit mol per liter, sedangkan mol hanya wujud dalam kepekatan. Baris keempat menukar logaritma kepada peratus, maka penurunan 0.3 kelihatan kecil, sedangkan ion hidrogen tinggal separuh, baris kelima menambah «unit» yang tidak wujud, dan baris keenam memuratakan logaritma di tempat yang sepatutnya memuratakan kepekatan.
06 · Satuan tetangga
kepekatan · logaritma · amaun bahanDi bawah logaritma pH terdapat kepekatan dalam mol per liter, logaritma itu sendiri menjadikannya saudara desibel, yang juga memampatkan puluhan tertib magnitud ke dalam skala pendek, dan mol kekal satu-satunya unit SI yang menghubungkan pH dengan sistem itu.
Kepekatan yang diambil logaritmanya, dan juga yang digunakan untuk mengira berapa banyak asid yang dituang.
Juga logaritma tanpa dimensi, tetapi bagi nisbah kuasa dan dengan faktor sepuluh.
Amaun bahan, yang menghubungkan pH dengan Sistem Unit Antarabangsa.
07 · Bagian sejarah
arkib · dari kilang bir ke IUPACBagaimana sifar menjadi skala
{title}
{text}
Empat anak tangga yang tidak muat pada sehelai kertas
Ketinggian turus ialah kepekatan ion hidrogen pada skala biasa, bukan logaritma, bagi pH 1, 2, 3 dan 4. Setiap turus berikutnya sepuluh kali lebih rendah daripada yang sebelumnya, dan turus keempat hampir tidak kelihatan; bingkai menyusurinya satu demi satu.
Sørensen memilih logaritma bukan kerana keindahan, tetapi kerana tanpanya kuantiti yang beliau kendalikan tidak akan muat pada sebarang kertas: tujuh anak tangga dari pH 1 hingga pH 7 akan meregangkan skala linear sepuluh juta kali.
Kuantiti yang tidak boleh diukur tanpa persetujuan
Takrifnya bercakap tentang keaktifan satu ion hidrogen, tetapi termodinamik hanya dapat mengukur hasil darab keaktifan ion yang bercas berlawanan, kerana larutan sentiasa neutral dari segi elektrik dan satu ion tidak boleh dikeluarkan bersendirian. Oleh itu, mengikut takrif yang ketat, tiada alat yang mengukur pH; yang dapat dicapai hanyalah kuantiti yang melibatkan ion klorida bersama hidrogen.
Jurang itu ditutup dengan persetujuan: mengikut konvensyen Bates–Guggenheim, pekali keaktifan ion klorida dikira dengan formula ringkas daripada teori larutan, kemudian sel Harned dengan elektrod hidrogen dan elektrod argentum–argentum klorida tanpa simpang cecair memberikan nilai pH primer bagi beberapa larutan penimbal rujukan. Semua pengukuran lain di Bumi bersandar pada larutan penimbal ini melalui rantaian penentukuran.
Jadi, dalam setiap nombor pH, selain pengukuran itu sendiri, terdapat juga persetujuan, dan dua makmal bersetuju hingga seperseratus unit bukan kerana mengukur alam yang sama, tetapi kerana menggunakan konvensyen yang sama dan ditentukur dengan larutan penimbal yang sama.