Bokstavene pH står halvveis under vann i et begerglass, og løsningen over dem skifter farge som en universalindikator, fra rødt via gult og grønt til blått og fiolett. Fra byretten faller en dråpe, en ring brer seg over overflaten, fra bunnen stiger det bobler, røreren går rundt, kulen på glasselektroden lyser. Måleren i hjørnet viser et tall, og merket på indikatorstrimmelen nederst glir bort til samme rute.
Enhetsark
kjemi og laboratorium blad 1/1 · rev. 2026-09pH-verdi pH
Størrelse utenfor SI · størrelse: surhetsgraden i en løsning, den dimensjonsløse logaritmen av hydrogenionaktiviteten
En logaritmisk skala som ikke har noen enhet
I 1909 undersøkte den danske kjemikeren Søren Sørensen i laboratoriet til bryggeriet Carlsberg hvordan enzymer avhenger av surhetsgraden i vørteren, og hver dag noterte han konsentrasjoner som 0,000 000 1 mol per liter. Lei av å telle nuller foreslo han å skrive bare eksponenten uten minustegn i stedet for selve tallet, slik at en timilliondel ble til et enkelt sjutall, og siden har surhetsgrad blitt målt med et tall som ikke har noen enhet bak seg.
Skrivemåten er praktisk, men lumsk: et steg på én enhet betyr en tidobling, så en løsning med pH 3 er ikke en tredjedel surere enn en med pH 5, men hundre ganger, og to pH-verdier kan verken legges sammen eller midles. Blander man like store volumer løsninger med pH 2 og pH 4, får man ikke 3, men 2,30, fordi det er selve konsentrasjonene som legges sammen, og logaritmen tas først av summen.
Arket viser hvordan pH oppfører seg under en titrering, hvorfor sju bare er nøytralt ved tjuefem grader, og hvorfor størrelsen som enhver akvarieeier måler, fremdeles ikke kan måles strengt uten en avtale om hva som regnes som aktiviteten til ett enkelt ion.
Skrives med liten p og stor H, alltid i denne rekkefølgen og uten mellomrom: pH, ikke PH eller Ph, fordi den lille bokstaven betegner en operasjon og den store et grunnstoff. Tallet settes etter tegnet, som ved temperatur i grader: pH 7,40, og det skrives ingen enhet etter det.
pH er verken konsentrasjonen av en syre eller styrken dens: eddik og saltsyre med samme konsentrasjon gir pH 2,9 og 1,0, og en buffer kan inneholde mye syre og likevel vise et nesten nøytralt tall. Ikke forveksle det heller med pKa, som tilhører selve syren og ikke avhenger av hvor mye som er helt i, mens pH tilhører løsningen.
01 · Definisjon
logaritme · aktivitet · nøytralpunktpH-verdien er den negative tierlogaritmen av aktiviteten til hydrogenionene i en løsning. Aktiviteten er dimensjonsløs fordi den måles i forhold til en standardkonsentrasjon på én mol per liter, og derfor er også logaritmen dimensjonsløs: pH måles ikke i noen enhet, den uttrykkes bare med et tall.
I fortynnede løsninger faller aktiviteten nesten sammen med konsentrasjonen, og da kan pH regnes direkte fra mol per liter, mens ionene i sterke løsninger og sjøvann forstyrrer hverandre og forskjellen mellom konsentrasjon og aktivitet når tideler av en enhet. Vannet selv spaltes litt i hydrogen- og hydroksidioner, produktet av aktivitetene deres er 10⁻¹⁴ ved 25 °C, og nøytral kalles en løsning der det er like mye av begge, altså pH 7.
Vannets ioneprodukt vokser raskt med temperaturen, derfor synker nøytralpunktet til 6,13 ved koking og stiger til 7,47 ved null grader; en løsning med pH 7 er allerede svakt basisk ved 50 °C, selv om tallet er det samme.
To dråper som farger om begerglasset
Til venstre drypper titrant fra en byrett ned i et begerglass med 25 milliliter løsning; væsken er farget med universalindikator etter sin nåværende pH, og måleren i hjørnet viser tallet. Til høyre vokser titreringskurven: den tilbakelagte delen er tegnet med tykk strek i indikatorens farge, resten med tynn grå prikket linje; den vannrette prikkede linjen er nøytralpunktet pH 7, den loddrette ekvivalenspunktet, der det er tilsatt nøyaktig så mye titrant som hele syren eller basen trenger.
Bland pH 2 og pH 4 — det blir ikke tre
En liter løsning med pH 2 inneholder en hundredel mol hydrogenioner, en liter med pH 4 en titusendel, så etter blandingen er det 0,0101 mol i to liter, altså 0,00505 per liter, og det er pH 2,30. Den sure løsningen bestemmer nesten hele resultatet, den mindre sure bidrar bare med fortynning, og derfor sier gjennomsnitts-pH for flere prøver, ført inn i en rapport som et enkelt gjennomsnitt, alltid noe usant om den sureste av dem.
02 · Omregning
konsentrasjoner · stoffer · temperaturFra tallet på måleren til mol per liter
Skriv inn pH, konsentrasjonen av hydrogen- eller hydroksidioner eller pOH, så regner arket om alt det andre, sammenligner løsningen med kjente stoffer og viser hvor nøytralpunktet ligger ved en annen temperatur. I alle fanene er løsningen den samme; bare det den sammenlignes med, endres.
Huskeregel: hver pH-enhet er en tidobling av konsentrasjonen, hver 0,3 enhet en dobling.
Omregningen setter aktiviteten lik konsentrasjonen, noe som bare stemmer for fortynnede løsninger; i sjøvann, blod og sterke syrer flytter korreksjonen for aktivitetskoeffisienten svaret en eller to tideler. Stoffenes pH-verdier er typiske, ikke normative: for sitronsaft, kaffe og regn varierer de med opptil en halv enhet fra prøve til prøve.
| {k} | {v} | {note} |
{text}
04 · Måleinstrumenter
papir · glass · platina · buffereHva man fanger hydrogenionet med
En regnbue på strimmelen
Universalindikatoren er en blanding av flere fargestoffer som hver skifter farge innenfor sitt eget smale område, slik at de sammen farger hele skalaen fra rødt til fiolett. Strimmelen dyppes i løsningen, løsningen stiger opp i papiret, og fargen sammenlignes med det blotte øye med den trykte skalaen; nøyaktigheten er omtrent én enhet, men svaret er klart på et sekund og krever ikke noe instrument.
Glass som kjenner syre
En tynn kule av spesialglass sveller i overflaten, og hydrogenioner bytter plass med det hydratiserte laget, slik at det oppstår en potensialforskjell mellom den indre og den ytre løsningen. Ved 25 °C endres den med 59,16 millivolt per pH-enhet, og ved oppvarming øker stigningen, derfor måler en skikkelig pH-måler alltid også temperaturen.
Hele elektrokjemiens nullpunkt
En platinaplate dekket med svampaktig platinasvart skylles med hydrogen ved et trykk på én bar, og på den innstiller det seg en likevekt mellom gassen og hydrogenionene i løsningen. En slik elektrode er tungvint og lunefull, men potensialet dens følger selve den definerende formelen uten mellomledd, og det er nettopp med den man sertifiserer de primære bufferne som alle verdens glasselektroder kalibreres etter.
Tre begerglass før hver måling
En glasselektrode eldes, og nullpunktet og stigningen driver, derfor kontrolleres måleren før arbeidet med buffere med kjent pH, vanligvis 4,01, 7,00 og 10,01 ved 25 °C, og den rette linjen legges på nytt etter dem. En måler uten slik kalibrering viser et tall med to desimaler, men den andre desimalen er bare ærlig til elektroden flyttes over i en ukjent løsning.
05 · Skriveregler
tegn før tallet · uten enhet · med temperaturTallet etter tegnet, ingen enhet
Tegnet pH settes foran tallet, som navnet på en skala, og ikke etter som en enhet, og ved siden av en nøyaktig verdi oppgir man temperaturen den ble funnet ved.
Første linje til høyre setter tegnet etter tallet, som om pH var en enhet, andre skriver en stor P, som ikke betyr noe i kjemien, og tredje gir eksponenten mol per liter, selv om mol bare hører hjemme i konsentrasjonen. Fjerde regner logaritmen om til prosent, slik at et fall på 0,3 ser beskjedent ut, selv om hydrogenionene er halvert, femte legger til ikke-eksisterende «enheter», og sjette tar gjennomsnitt av logaritmer der man burde ta gjennomsnitt av konsentrasjoner.
06 · Naboenheter
konsentrasjon · logaritme · stoffmengdeUnder pH-verdiens logaritme ligger en konsentrasjon i mol per liter, selve logaritmen gjør den i slekt med desibelen, som på samme måte presser titalls størrelsesordener sammen til en kort skala, og molen er fortsatt den eneste SI-enheten som pH i det hele tatt er knyttet til systemet gjennom.
Nettopp den konsentrasjonen man tar logaritmen av, og den man regner i når man vil vite hvor mye syre som er helt i.
Også en dimensjonsløs logaritme, bare av et effektforhold og med faktoren ti.
Stoffmengde, som pH er knyttet til Det internasjonale enhetssystemet gjennom.
07 · Historisk del
arkiv · fra bryggeriet til IUPACHvordan nullene ble en skala
{title}
{text}
Fire trinn som ikke får plass på ett ark
Høyden på søylen er hydrogenionkonsentrasjonen i vanlig, ikke-logaritmisk skala, for pH 1, 2, 3 og 4. Hver neste søyle er ti ganger lavere enn den forrige, og den fjerde ses allerede knapt; rammen går gjennom dem etter tur.
Sørensen valgte ikke logaritmen for skjønnhetens skyld, men fordi størrelsene han arbeidet med, ellers ikke hadde fått plass på noe papir: de sju trinnene fra pH 1 til pH 7 ville strekke en lineær skala ti millioner ganger.
En størrelse som ikke kan måles uten en avtale
Definisjonen snakker om aktiviteten til ett enkelt hydrogenion, men termodynamikken kan bare måle produkter av aktiviteter for ioner med motsatt ladning, fordi en løsning alltid er elektrisk nøytral og man ikke kan ta ett enkelt ion ut av den. Strengt etter definisjonen måler derfor intet instrument pH; tilgjengelig er bare en størrelse der kloridionet inngår sammen med hydrogenet.
Kløften lukkes med en avtale: etter Bates–Guggenheim-konvensjonen beregnes aktivitetskoeffisienten til kloridionet med en enkel formel fra løsningsteorien, og deretter gir Harned-cellen med hydrogen- og sølv-sølvkloridelektrode uten væskeovergang primære pH-verdier for noen referansebuffere. Alle andre målinger på jorden hviler på disse bufferne gjennom en kjede av kalibreringer.
I hvert pH-tall sitter det altså, i tillegg til selve målingen, også en avtale, og to laboratorier er enige på hundredelen av en enhet ikke fordi de har målt den samme naturen, men fordi de har vedtatt den samme konvensjonen og kalibrert etter de samme bufferne.