S I M E T R I U M .COM
1 · −lg a
PL|36 języków
SYMBOL PLATE pH 7,00 · a(H⁺) 1·10⁻⁷ Kw 1,0·10⁻¹⁴ · 25 °C 2.00 4.01 7.00 10.01 12.45 pH · ATC 25.0 °C pH pH 15010050 IUPAC 2002 · 25 °C
Co pokazuje tabliczka

Litery pH stoją do połowy pod wodą w zlewce, a roztwór nad nimi zmienia barwę jak wskaźnik uniwersalny, od czerwieni przez żółć i zieleń do błękitu i fioletu. Z biurety spada kropla, po powierzchni rozchodzi się krąg, z dna wznoszą się pęcherzyki, kręci się mieszadło, świeci bańka elektrody szklanej. Przyrząd w rogu pokazuje liczbę, a znacznik na pasku wskaźnikowym na dole dojeżdża do tego samego pola.

Karta jednostki
chemia i laboratorium karta 1/1 · wyd. 2026-09

Wykładnik stężenia jonów wodorowych pH

Wielkość spoza SI · wielkość: kwasowość roztworu, bezwymiarowy logarytm aktywności jonów wodorowych

Skala logarytmiczna, która nie ma jednostki

W 1909 roku duński chemik Søren Sørensen badał w laboratorium browaru Carlsberg, jak enzymy zależą od kwasowości brzeczki, i codziennie zapisywał stężenia w rodzaju 0,000 000 1 mola na litr. Zmęczony liczeniem zer, zaproponował, by zamiast samej liczby pisać tylko wykładnik potęgi bez minusa, tak że jedna dziesięciomilionowa zamieniła się w zwykłą siódemkę, i od tamtej pory kwasowość mierzy się liczbą, za którą nie stoi żadna jednostka.

Taki zapis jest wygodny, lecz zdradliwy: krok o jedną jednostkę oznacza dziesięciokrotną zmianę, dlatego roztwór o pH 3 nie jest kwaśniejszy od roztworu o pH 5 o jedną trzecią, lecz sto razy, a dwóch wartości pH nie można ani dodać, ani uśrednić. Mieszając równe objętości roztworów o pH 2 i pH 4, otrzymuje się nie 3, lecz 2,30, ponieważ dodają się same stężenia, a logarytm bierze się dopiero z sumy.

Karta pokazuje, jak pH zachowuje się przy miareczkowaniu, dlaczego siódemka jest obojętna tylko w dwudziestu pięciu stopniach i czemu wielkości, którą mierzy każdy akwarysta, wciąż nie da się ściśle zmierzyć bez umowy, co uważać za aktywność pojedynczego jonu.

OznaczeniepH, bez jednostki
Punkt obojętności7,00 w 25 °C, 6,13 w 100 °C
Kluczowy wzórpH = −lg a(H⁺)
Wymiarbezwymiarowa, logarytmiczna
ŹródłoIUPAC 2002 · ISO 10523 · OIML R 54
Przekłady sprawdzone⁦36 / 36⁩
Do przeliczania Do części historycznej
Wielkość liter

Pisze się małym p i wielkim H, zawsze w tej kolejności i bez spacji: pH, a nie PH ani Ph, ponieważ mała litera oznacza działanie, a wielka — pierwiastek chemiczny. Liczbę stawia się po znaku, jak przy temperaturze w stopniach: pH 7,40, i żadnej jednostki się za nią nie pisze.

Nie mylić

pH to nie stężenie kwasu ani jego moc: ocet i kwas solny o tym samym stężeniu dają pH 2,9 i 1,0, a bufor może zawierać dużo kwasu i mimo to pokazywać liczbę prawie obojętną. Nie mylić też z pKa, które należy do samego kwasu i nie zależy od tego, ile go nalano, podczas gdy pH należy do roztworu.

01 · Definicja
logarytm · aktywność · punkt obojętności

Wykładnik stężenia jonów wodorowych pH to wzięty ze znakiem przeciwnym logarytm dziesiętny aktywności jonów wodorowych w roztworze. Aktywność jest bezwymiarowa, ponieważ odnosi się ją do stężenia standardowego jednego mola na litr, i dlatego bezwymiarowy jest też sam logarytm: pH nie mierzy się w żadnych jednostkach, wyraża się je tylko liczbą.

W roztworach rozcieńczonych aktywność prawie pokrywa się ze stężeniem i wtedy pH można liczyć wprost z moli na litr, natomiast w roztworach stężonych i w wodzie morskiej jony przeszkadzają sobie nawzajem, a różnica między stężeniem a aktywnością sięga dziesiątych części jednostki. Woda sama w niewielkim stopniu rozpada się na jony wodorowe i wodorotlenkowe, iloczyn ich aktywności w 25 °C wynosi 10⁻¹⁴, a obojętnym nazywa się roztwór, w którym jednych i drugich jest po równo, czyli pH 7.

Iloczyn jonowy wody szybko rośnie z temperaturą, dlatego punkt obojętności przy wrzeniu spada do 6,13, a w zerze stopni wzrasta do 7,47; roztwór o pH 7 w 50 °C jest już słabo zasadowy, choć liczba pozostała ta sama.

a — aktywność jonu · c° = 1 mol/L · Kw — iloczyn jonowy wody · Ka — stała kwasowa · E — potencjał elektrody · T — temperatura, K
Definicja IUPAC
pH = −lg a(H⁺)
Dla roztworów rozcieńczonych
pH ≈ −lg([H⁺] / c°), c° = 1 mol/L
Iloczyn jonowy wody
pH + pOH = pKw = 14,00 w 25 °C
Bufor, równanie Hendersona
pH = pKa + lg([A⁻] / [HA])
Odpowiedź elektrody, prawo Nernsta
ΔE = −(RT·ln10 / F)·ΔpH ≈ −59,16 mV·ΔpH w 25 °C
−lg
logarytm ze zmianą znaku
a(H⁺)
aktywność, bezwymiarowa
1
wynik bez jednostki
Interaktywnie · miareczkowanie kropla po kropli

Dwie krople, które przebarwiają zlewkę

Po lewej z biurety do zlewki z 25 mililitrami roztworu kapie titrant, ciecz jest zabarwiona wskaźnikiem uniwersalnym według swojego bieżącego pH, a przyrząd w rogu pokazuje liczbę. Po prawej rośnie krzywa miareczkowania: przebyta część jest narysowana grubą linią w kolorze wskaźnika, pozostała — cienką szarą linią przerywaną, pozioma linia przerywana to punkt obojętności pH 7, pionowa — punkt równoważnikowy, w którym dodano dokładnie tyle titranta, ile potrzeba na cały kwas lub całą zasadę.

0 10 20 30 40 50
dodany titrant, ml · linia przerywana — pH 7
pH
[H⁺]
mole na litr
Wobec wody
Przed punktem równoważnikowym

Wyjaśnienie · dlaczego pH nie wolno uśredniać

Zmieszaj pH 2 i pH 4 — nie wyjdzie trzy

Litr roztworu o pH 2 zawiera jedną setną mola jonów wodorowych, a litr o pH 4 — jedną dziesięciotysięczną, więc po zmieszaniu w dwóch litrach będzie 0,0101 mola, czyli 0,00505 na litr, a to jest pH 2,30. Roztwór kwaśny niemal w całości wyznacza wynik, mniej kwaśny dodaje do niego jedynie rozcieńczenie, i dlatego średnie pH kilku prób, wpisane do raportu jako zwykła średnia, zawsze mówi nieprawdę o najkwaśniejszej z nich.

02 · Przeliczanie
stężenia · substancje · temperatura

Od liczby na przyrządzie do moli na litr

Wpisz pH, stężenie jonów wodorowych lub wodorotlenkowych albo pOH, a karta przeliczy całą resztę, porówna roztwór ze znanymi substancjami i pokaże, gdzie leży punkt obojętności w innej temperaturze. We wszystkich zakładkach roztwór jest ten sam, zmienia się tylko to, z czym się go porównuje.

Reguła do zapamiętania: każda jednostka pH to dziesięciokrotna zmiana stężenia, każde 0,3 jednostki — dwukrotna.

barwa wskaźnika uniwersalnego · pH
Uwaga

Przeliczenie przyjmuje aktywność równą stężeniu, co jest prawdą tylko dla roztworów rozcieńczonych; w wodzie morskiej, krwi i mocnych kwasach poprawka na współczynnik aktywności przesuwa wynik o jedną–dwie dziesiąte. Wartości pH substancji są typowe, a nie normatywne: w soku z cytryny, kawie i deszczu rozrzut między próbkami sięga połowy jednostki.

Tabela przeliczeń
03 · Rzędy wielkości · stężenie jonów wodorowych

[H⁺], mol/L, skala logarytmiczna · wykładnik potęgi równa się pH ze znakiem minus

04 · Przyrządy pomiarowe
papier · szkło · platyna · bufory

Czym łapie się jon wodorowy

1471013 PAPIEREK WSKAŹNIKOWY · PORÓWNANIE ZE SKALĄ
pasek wchłania roztwór, znacznik szuka swojego pola

Tęcza na pasku

Wskaźnik uniwersalny to mieszanina kilku barwników, z których każdy zmienia barwę w swoim wąskim przedziale, tak że razem barwią całą skalę od czerwieni do fioletu. Pasek zanurza się w roztworze, roztwór podsiąka w papierze, a barwę porównuje się na oko z wydrukowaną skalą; dokładność wynosi około jednej jednostki, za to odpowiedź jest gotowa w sekundę i nie wymaga żadnego przyrządu.

+177+590−59−177 pH 4 · +177 mV pH 6 · +59 mV pH 7 · 0 mV pH 8 · −59 mV ELEKTRODA SZKLANA · NACHYLENIE 59,16 mV
znacznik idzie po skali miliwoltów, 59 na jednostkę

Szkło, które czuje kwas

Cienka bańka ze specjalnego szkła pęcznieje na powierzchni, a jony wodorowe wymieniają się z jej uwodnioną warstwą, tak że między roztworem wewnętrznym a zewnętrznym powstaje różnica potencjałów. W 25 °C zmienia się ona o 59,16 miliwolta na każdą jednostkę pH, a przy ogrzewaniu nachylenie rośnie, dlatego porządny pehametr zawsze mierzy też temperaturę.

H₂, 1 atm ELEKTRODA WODOROWA · CZERŃ PLATYNOWA E = 0 z definicji
pęcherzyki wodoru omywają platynę

Zero całej elektrochemii

Blaszkę platynową pokrytą gąbczastą czernią platynową omywa się wodorem pod ciśnieniem jednego bara, a na niej ustala się równowaga między gazem a jonami wodorowymi w roztworze. Taka elektroda jest niewygodna i kapryśna, za to jej potencjał odpowiada samej wzorcowej definicji bez pośredników, i to właśnie nią atestuje się bufory pierwotne, według których kalibruje się wszystkie elektrody szklane na świecie.

4,017,0010,01 KALIBRACJA TRZEMA BUFORAMI
elektroda przechodzi z buforu do buforu

Trzy zlewki przed każdym pomiarem

Elektroda szklana starzeje się, jej zero i nachylenie dryfują, dlatego przed pracą przyrząd sprawdza się buforami o znanym pH, zwykle 4,01, 7,00 i 10,01 w 25 °C, i na ich podstawie na nowo wyznacza się prostą. Przyrząd bez takiej kalibracji pokazuje liczbę z dwoma miejscami po przecinku, ale drugie miejsce jest uczciwe tylko do chwili, gdy elektrodę przeniesie się do nieznanego roztworu.

05 · Zasady zapisu
znak przed liczbą · bez jednostki · z temperaturą

Liczba po znaku, jednostki brak

Znak pH stawia się przed liczbą, jak nazwę skali, a nie po niej jak jednostkę, a przy dokładnej wartości podaje się temperaturę, w której ją uzyskano.

Poprawnie
pH 7,40
pH = 4,76 w 25 °C
[H⁺] = 1,0·10⁻⁵ mol/L
pH spadło o 0,3
pKa 4,76
pH 8,1 (skala wody morskiej)
Błędnie
7,40 pH
PH 4,76
pH 5 mol/L
kwasowość spadła o 50 %
pH 7,4 jedn.
średnie pH trzech prób 5,0

Pierwszy wiersz po prawej stawia znak za liczbą, jakby pH było jednostką, drugi pisze wielkie P, które w chemii nic nie znaczy, a trzeci przypisuje wykładnikowi mole na litr, choć mole żyją tylko w stężeniu. Czwarty przelicza logarytm na procenty, przez co spadek o 0,3 wygląda skromnie, choć jonów wodorowych jest o połowę mniej, piąty dodaje nieistniejące „jednostki”, a szósty uśrednia logarytmy tam, gdzie uśredniać trzeba stężenia.

06 · Jednostki sąsiednie
stężenie · logarytm · liczność

Pod logarytmem pH leży stężenie w molach na litr, sam logarytm czyni je krewnym decybela, który tak samo ściska dziesiątki rzędów w krótką skalę, a mol pozostaje jedyną jednostką SI, przez którą pH w ogóle wiąże się z układem.

Mmol/L
Mol na litr

To samo stężenie, z którego bierze się logarytm, i w którym liczy się, ile kwasu nalano.

dB10·lg
Decybel

Również bezwymiarowy logarytm, tyle że ze stosunku mocy i z mnożnikiem dziesięć.

molpodstawowa SI
Mol

Liczność materii, przez którą pH wiąże się z Międzynarodowym Układem Jednostek.

Krok dziesięciokrotny
ΔpH = 1 ⇒ [H⁺]₁ / [H⁺]₂ = 10
Mieszanie równych objętości
pH = −lg((10^−pH₁ + 10^−pH₂) / 2)
Pokrewieństwo z decybelem
L = 10·lg(P / P₀) dB
07 · Dział historyczny
archiwum · od browaru do IUPAC

Jak zera stały się skalą

Schemat · krok dziesięciokrotny

Cztery stopnie, które nie mieszczą się na jednej kartce

Wysokość słupka to stężenie jonów wodorowych w zwykłej, nielogarytmicznej skali, dla pH 1, 2, 3 i 4. Każdy kolejny słupek jest dziesięć razy niższy od poprzedniego, a czwarty jest już ledwie widoczny; ramka obchodzi je po kolei.

0,10,010,0010,0001 pH 1pH 2pH 3pH 4
[H⁺], mol/Lskala liniowa

Sørensen wybrał logarytm nie dla piękna, lecz dlatego, że inaczej wielkości, z którymi pracował, nie zmieściłyby się na żadnym papierze: siedem stopni od pH 1 do pH 7 rozciągnęłoby skalę liniową dziesięć milionów razy.

Notatka metrologiczna

Wielkość, której nie da się zmierzyć bez umowy

Pt | H₂AgCl | AgHCl
ogniwo Harneda bez przenoszenia

Definicja mówi o aktywności pojedynczego jonu wodorowego, ale termodynamika umie mierzyć tylko iloczyny aktywności jonów o przeciwnych znakach, ponieważ roztwór jest zawsze elektrycznie obojętny i pojedynczego jonu nie da się z niego wyjąć. Dlatego ściśle według definicji pH nie mierzy żaden przyrząd, a dostępna jest tylko wielkość, w którą wraz z wodorem wchodzi jon chlorkowy.

Lukę zamyka umowa: według konwencji Batesa–Guggenheima współczynnik aktywności jonu chlorkowego oblicza się z prostego wzoru teorii roztworów, a potem ogniwo Harneda z elektrodą wodorową i chlorosrebrową bez połączenia ciekłego daje pierwotne wartości pH dla kilku buforów wzorcowych. Wszystkie inne pomiary na Ziemi opierają się na tych buforach poprzez łańcuch kalibracji.

Tak więc w każdej liczbie pH oprócz samego pomiaru tkwi jeszcze umowa, a dwa laboratoria zgadzają się co do setnych części jednostki nie dlatego, że zmierzyły tę samą naturę, lecz dlatego, że przyjęły tę samą konwencję i skalibrowały się według tych samych buforów.

próba
szkło
wewn.
jony wodorowe w warstwie szkła
Katalog wielkości
chemia i laboratorium

Jednostki podstawowe SI

wyróżnione mol i metr — mole na decymetr sześcienny pod logarytmem
08 · Twój język
każdy odnośnik prowadzi do prawdziwej strony językowej

Czytaj w swoim języku

przetłumaczone i sprawdzone tłumaczenie robocze w kolejce