Bokstäverna pH står till hälften under vatten i en bägare, och lösningen ovanför dem skiftar färg som en universalindikator, från rött via gult och grönt till blått och violett. Från byretten faller en droppe, en ring breder ut sig över ytan, från botten stiger bubblor, omröraren snurrar, glaselektrodens kula lyser. Mätaren i hörnet visar ett tal, och markeringen på indikatorremsan nedanför glider till samma ruta.
Enhetsblad
kemi och laboratorium blad 1/1 · rev. 2026-09pH-värde pH
Storhet utanför SI · storhet: en lösnings surhet, den dimensionslösa logaritmen av vätejonaktiviteten
En logaritmisk skala som saknar enhet
År 1909 studerade den danske kemisten Søren Sørensen i bryggeriet Carlsbergs laboratorium hur enzymer beror på vörtens surhet, och varje dag antecknade han koncentrationer som 0,000 000 1 mol per liter. Trött på att räkna nollor föreslog han att i stället för själva talet bara skriva exponenten utan minustecken, så att en tiomiljondel blev en enkel sjua, och sedan dess mäts surhet med ett tal som inte har någon enhet bakom sig.
Skrivsättet är bekvämt men förrädiskt: ett steg på en enhet betyder en tiofaldig förändring, så en lösning med pH 3 är inte en tredjedel surare än en med pH 5 utan hundra gånger, och två pH-värden kan varken adderas eller medelvärdesbildas. Blandar man lika volymer lösningar med pH 2 och pH 4 får man inte 3 utan 2,30, eftersom det är själva koncentrationerna som adderas, och logaritmen tas först av summan.
Bladet visar hur pH beter sig vid en titrering, varför sju är neutralt bara vid tjugofem grader och varför den storhet som varje akvarist mäter fortfarande inte kan mätas strikt utan en överenskommelse om vad som räknas som aktiviteten hos en enda jon.
Skrivs med litet p och stort H, alltid i den ordningen och utan mellanslag: pH, inte PH eller Ph, eftersom den lilla bokstaven betecknar en operation och den stora ett grundämne. Talet sätts efter tecknet, som för temperatur i grader: pH 7,40, och ingen enhet skrivs efter det.
pH är varken en syras koncentration eller dess styrka: ättika och saltsyra med samma koncentration ger pH 2,9 och 1,0, och en buffert kan innehålla mycket syra och ändå visa ett nästan neutralt tal. Förväxla det inte heller med pKa, som hör till själva syran och inte beror på hur mycket som hällts i, medan pH hör till lösningen.
01 · Definition
logaritm · aktivitet · neutralpunktpH-värdet är den negativa tiologaritmen av vätejonernas aktivitet i en lösning. Aktiviteten är dimensionslös eftersom den mäts i förhållande till en standardkoncentration på en mol per liter, och därför är också logaritmen dimensionslös: pH mäts inte i någon enhet, det uttrycks bara med ett tal.
I utspädda lösningar sammanfaller aktiviteten nästan med koncentrationen, och då kan pH räknas direkt ur mol per liter, medan jonerna i starka lösningar och havsvatten stör varandra och skillnaden mellan koncentration och aktivitet når tiondelar av en enhet. Vattnet självt sönderfaller lite i väte- och hydroxidjoner, produkten av deras aktiviteter är 10⁻¹⁴ vid 25 °C, och neutral kallas en lösning där det finns lika mycket av båda, alltså pH 7.
Vattnets jonprodukt växer snabbt med temperaturen, därför sjunker neutralpunkten till 6,13 vid kokning och stiger till 7,47 vid noll grader; en lösning med pH 7 är redan svagt basisk vid 50 °C, fast talet är detsamma.
Två droppar som färgar om bägaren
Till vänster droppar titrant från en byrett ner i en bägare med 25 milliliter lösning; vätskan är färgad av universalindikator efter sitt aktuella pH, och mätaren i hörnet visar talet. Till höger växer titrerkurvan: den tillryggalagda delen är ritad med tjock linje i indikatorns färg, resten med tunn grå prickad linje; den vågräta prickade linjen är neutralpunkten pH 7, den lodräta är ekvivalenspunkten, där exakt så mycket titrant har tillsatts som hela syran eller basen kräver.
Blanda pH 2 och pH 4 — det blir inte tre
En liter lösning med pH 2 innehåller en hundradels mol vätejoner, en liter med pH 4 en tiotusendels, så efter blandningen finns det 0,0101 mol i två liter, alltså 0,00505 per liter, och det är pH 2,30. Den sura lösningen bestämmer nästan helt resultatet, den mindre sura bidrar bara med utspädning, och därför säger medel-pH för flera prover, inskrivet i en rapport som ett enkelt medelvärde, alltid något osant om det suraste av dem.
02 · Omräkning
koncentrationer · ämnen · temperaturFrån talet på mätaren till mol per liter
Skriv in pH, koncentrationen av väte- eller hydroxidjoner eller pOH, så räknar bladet om allt annat, jämför lösningen med välkända ämnen och visar var neutralpunkten ligger vid en annan temperatur. I alla flikar är lösningen densamma; det enda som ändras är vad den jämförs med.
Minnesregel: varje pH-enhet är en tiofaldig ändring av koncentrationen, var 0,3 enhet en fördubbling.
Omräkningen sätter aktiviteten lika med koncentrationen, vilket bara stämmer för utspädda lösningar; i havsvatten, blod och starka syror flyttar korrektionen för aktivitetskoefficienten svaret en eller två tiondelar. Ämnenas pH-värden är typiska, inte normativa: för citronsaft, kaffe och regn varierar de upp till en halv enhet från prov till prov.
| {k} | {v} | {note} |
{text}
04 · Mätinstrument
papper · glas · platina · buffertarVad man fångar vätejonen med
En regnbåge på remsan
Universalindikatorn är en blandning av flera färgämnen, som vart och ett skiftar färg inom sitt eget smala område, så att de tillsammans färgar hela skalan från rött till violett. Remsan doppas i lösningen, lösningen stiger i papperet, och färgen jämförs med blotta ögat med den tryckta skalan; noggrannheten är omkring en enhet, men svaret är klart på en sekund och kräver inget instrument.
Glas som känner syra
En tunn kula av specialglas sväller vid ytan, och vätejoner byter plats med dess hydratiserade skikt, så att en potentialskillnad uppstår mellan den inre och den yttre lösningen. Vid 25 °C ändras den med 59,16 millivolt per pH-enhet, och vid uppvärmning ökar lutningen, därför mäter en hygglig pH-mätare alltid även temperaturen.
Hela elektrokemins nollpunkt
En platinabricka täckt med svampig platinasvart sköljs med vätgas vid ett tryck på en bar, och på den ställer sig en jämvikt in mellan gasen och vätejonerna i lösningen. En sådan elektrod är otymplig och nyckfull, men dess potential följer utan mellanhänder själva den definierande formeln, och det är med den man certifierar de primära buffertar som alla glaselektroder i världen kalibreras mot.
Tre bägare före varje mätning
En glaselektrod åldras, och dess nollpunkt och lutning driver, därför kontrolleras mätaren före arbetet med buffertar med känt pH, vanligen 4,01, 7,00 och 10,01 vid 25 °C, och efter dem läggs den räta linjen ut på nytt. En mätare utan sådan kalibrering visar ett tal med två decimaler, men den andra decimalen är ärlig bara tills elektroden flyttas till en okänd lösning.
05 · Skrivregler
tecken före talet · utan enhet · med temperaturTalet efter tecknet, ingen enhet
Tecknet pH sätts före talet, som namnet på en skala, och inte efter som en enhet, och bredvid ett noggrant värde anger man den temperatur vid vilken det erhölls.
Den första raden till höger sätter tecknet efter talet, som om pH vore en enhet, den andra skriver ett stort P, som inte betyder något i kemin, och den tredje tillskriver exponenten mol per liter, fast mol bara hör hemma i koncentrationen. Den fjärde räknar om logaritmen till procent, så att en minskning med 0,3 ser blygsam ut, fast vätejonerna har halverats, den femte lägger till icke-existerande ”enheter”, och den sjätte medelvärdesbildar logaritmer där man borde medelvärdesbilda koncentrationer.
06 · Grannenheter
koncentration · logaritm · substansmängdUnder pH-värdets logaritm ligger en koncentration i mol per liter, själva logaritmen gör det släkt med decibel, som på samma sätt pressar ihop tiotals storleksordningar till en kort skala, och molen förblir den enda SI-enhet genom vilken pH över huvud taget är knutet till systemet.
Just den koncentration vars logaritm man tar, och den man räknar i när man vill veta hur mycket syra som hällts i.
Också en dimensionslös logaritm, fast av ett effektförhållande och med faktorn tio.
Substansmängd, genom vilken pH är knutet till Internationella måttenhetssystemet.
07 · Historisk del
arkiv · från bryggeriet till IUPACHur nollorna blev en skala
{title}
{text}
Fyra trappsteg som inte får plats på ett blad
Stapelns höjd är vätejonkoncentrationen i vanlig, icke-logaritmisk skala, för pH 1, 2, 3 och 4. Varje följande stapel är tio gånger lägre än den föregående, och den fjärde syns redan knappt; ramen går igenom dem i tur och ordning.
Sørensen valde logaritmen inte för skönhetens skull, utan för att storheterna han arbetade med annars inte hade fått plats på något papper: de sju trappstegen från pH 1 till pH 7 skulle sträcka ut en linjär skala tio miljoner gånger.
En storhet som inte kan mätas utan överenskommelse
Definitionen talar om aktiviteten hos en enda vätejon, men termodynamiken kan bara mäta produkter av aktiviteter för joner med motsatt laddning, eftersom en lösning alltid är elektriskt neutral och en enskild jon inte kan tas ut ur den. Strikt enligt definitionen mäter därför inget instrument pH; åtkomlig är bara en storhet där kloridjonen ingår tillsammans med vätet.
Klyftan sluts med en överenskommelse: enligt Bates–Guggenheim-konventionen beräknas kloridjonens aktivitetskoefficient med en enkel formel ur lösningsteorin, och därefter ger Harnedcellen med vätgaselektrod och silver-silverkloridelektrod utan vätskeövergång primära pH-värden för några referensbuffertar. Alla andra mätningar på jorden vilar på dessa buffertar genom en kedja av kalibreringar.
I varje pH-tal finns alltså, förutom själva mätningen, också en överenskommelse, och två laboratorier stämmer överens på hundradelen av en enhet inte för att de har mätt samma natur, utan för att de har antagit samma konvention och kalibrerat mot samma buffertar.