Hai chữ pH đứng ngập nửa trong nước ở một cốc thí nghiệm, và dung dịch phía trên đổi màu như một chất chỉ thị vạn năng, từ đỏ qua vàng và lục đến lam và tím. Một giọt rơi từ buret, một vòng lan ra trên mặt nước, bọt khí sủi lên từ đáy, con khuấy quay, bầu của điện cực thủy tinh sáng lên. Máy đo ở góc hiện một con số, và dấu trên dải chỉ thị phía dưới trượt đến đúng ô ấy.
Trang đơn vị
hóa học và phòng thí nghiệm phiếu 1/1 · sửa đổi 2026-09Độ pH pH
Đại lượng ngoài SI · đại lượng: độ axit của dung dịch, logarit không thứ nguyên của hoạt độ ion hiđro
Một thang logarit không có đơn vị
Năm 1909, nhà hóa học Đan Mạch Søren Sørensen nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của nhà máy bia Carlsberg xem enzym phụ thuộc vào độ axit của dịch mạch nha ra sao, và mỗi ngày ghi lại những nồng độ như 0,000 000 1 mol trên lít. Chán đếm số 0, ông đề nghị thay vì chính con số thì chỉ viết số mũ đã bỏ dấu trừ, thế là một phần mười triệu trở thành con số 7 đơn giản, và từ đó độ axit được đo bằng một con số đằng sau không có đơn vị nào.
Cách viết này tiện nhưng dễ đánh lừa: chênh một đơn vị nghĩa là thay đổi mười lần, nên dung dịch pH 3 không chua hơn dung dịch pH 5 một phần ba mà gấp trăm lần, và hai giá trị pH không thể cộng hay lấy trung bình. Trộn hai thể tích bằng nhau của dung dịch pH 2 và pH 4 không được 3 mà được 2,30, vì thứ được cộng là chính các nồng độ, còn logarit lấy từ tổng.
Trang này cho thấy pH thay đổi thế nào khi chuẩn độ, vì sao số 7 chỉ trung tính ở hai mươi lăm độ, và vì sao đại lượng mà mọi người nuôi cá cảnh đều đo đến nay vẫn không đo được một cách chặt chẽ nếu thiếu một quy ước về hoạt độ của một ion riêng lẻ.
Viết bằng chữ p thường và chữ H hoa, luôn theo thứ tự này và không cách: pH, không phải PH hay Ph, vì chữ thường chỉ một phép toán còn chữ hoa chỉ một nguyên tố hóa học. Con số đứng sau ký hiệu, như nhiệt độ theo độ: pH 7,40, và không viết đơn vị nào phía sau.
pH không phải nồng độ axit, cũng không phải độ mạnh của nó: giấm và axit clohiđric cùng nồng độ cho pH 2,9 và 1,0, còn một dung dịch đệm có thể chứa nhiều axit mà vẫn cho con số gần trung tính. Cũng đừng nhầm với pKa, thuộc về chính axit và không phụ thuộc đã rót bao nhiêu, trong khi pH thuộc về dung dịch.
01 · Định nghĩa
logarit · hoạt độ · điểm trung tínhĐộ pH là logarit thập phân đổi dấu của hoạt độ ion hiđro trong dung dịch. Hoạt độ không có thứ nguyên vì được tính so với nồng độ chuẩn một mol trên lít, nên bản thân logarit cũng không có thứ nguyên: pH không đo bằng đơn vị nào, chỉ biểu thị bằng một con số.
Trong dung dịch loãng, hoạt độ gần như trùng với nồng độ, khi đó có thể tính pH thẳng từ số mol trên lít; còn trong dung dịch đặc và nước biển, các ion cản trở nhau và chênh lệch giữa nồng độ và hoạt độ lên tới vài phần mười đơn vị. Chính nước cũng phân li một ít thành ion hiđro và hiđroxit, tích hoạt độ của chúng ở 25 °C bằng 10⁻¹⁴, và dung dịch có hai loại ion bằng nhau được gọi là trung tính, tức pH 7.
Tích số ion của nước tăng nhanh theo nhiệt độ, vì thế điểm trung tính khi sôi hạ xuống 6,13, còn ở không độ thì lên 7,47; dung dịch pH 7 ở 50 °C đã hơi bazơ, dù con số vẫn vậy.
Hai giọt làm đổi màu cả cốc
Bên trái, chất chuẩn nhỏ từ buret xuống cốc chứa 25 mililít dung dịch, chất lỏng được chất chỉ thị vạn năng tô màu theo pH hiện tại, và máy đo ở góc hiện con số. Bên phải, đường cong chuẩn độ dài dần: phần đã đi qua vẽ bằng nét đậm màu chất chỉ thị, phần còn lại bằng nét đứt mảnh màu xám; nét đứt ngang là điểm trung tính pH 7, nét đứt dọc là điểm tương đương, nơi đã thêm vừa đủ chất chuẩn cho toàn bộ axit hay bazơ.
Trộn pH 2 và pH 4 không ra ba
Một lít dung dịch pH 2 chứa một phần trăm mol ion hiđro, một lít pH 4 chứa một phần vạn, nên sau khi trộn, hai lít có 0,0101 mol, tức 0,00505 trên lít, và đó là pH 2,30. Dung dịch chua gần như quyết định toàn bộ kết quả, dung dịch kém chua chỉ góp thêm phần pha loãng, vì vậy pH trung bình của vài mẫu, nếu ghi vào báo cáo như trung bình cộng đơn giản, luôn nói sai về mẫu chua nhất.
02 · Quy đổi
nồng độ · chất · nhiệt độTừ con số trên máy đo đến mol trên lít
Nhập pH, nồng độ ion hiđro hoặc hiđroxit, hoặc pOH, trang sẽ tính phần còn lại, so dung dịch với các chất quen thuộc và cho biết điểm trung tính nằm ở đâu khi nhiệt độ khác. Ở mọi thẻ, dung dịch vẫn là một; chỉ thứ đem ra so sánh là thay đổi.
Quy tắc dễ nhớ: mỗi đơn vị pH là thay đổi mười lần về nồng độ, mỗi 0,3 đơn vị là gấp đôi.
Phép quy đổi coi hoạt độ bằng nồng độ, điều chỉ đúng với dung dịch loãng; trong nước biển, máu và axit mạnh, hiệu chỉnh hệ số hoạt độ làm kết quả lệch một hai phần mười. Giá trị pH của các chất là điển hình, không phải chuẩn: với nước chanh, cà phê và mưa, chênh lệch giữa các mẫu lên tới nửa đơn vị.
| {k} | {v} | {note} |
{text}
04 · Dụng cụ đo
giấy · thủy tinh · bạch kim · dung dịch đệmBắt ion hiđro bằng gì
Cầu vồng trên dải giấy
Chất chỉ thị vạn năng là hỗn hợp của vài chất màu, mỗi chất đổi màu trong khoảng hẹp riêng của mình, nên gộp lại chúng tô màu cả thang từ đỏ đến tím. Nhúng dải giấy vào dung dịch, dung dịch thấm lên giấy, rồi so màu bằng mắt với thang in sẵn; độ chính xác khoảng một đơn vị, nhưng có câu trả lời sau một giây và không cần dụng cụ nào.
Thủy tinh cảm nhận được axit
Một bầu mỏng bằng thủy tinh đặc biệt trương lên ở bề mặt, và ion hiđro trao đổi với lớp hiđrat hóa của nó, nên giữa dung dịch bên trong và bên ngoài xuất hiện hiệu điện thế. Ở 25 °C hiệu điện thế này thay đổi 59,16 milivôn cho mỗi đơn vị pH, và khi nóng lên độ dốc tăng, vì thế một máy đo pH tử tế luôn đo cả nhiệt độ.
Số không của cả ngành điện hóa
Một lá bạch kim phủ bạch kim đen dạng xốp được tắm khí hiđro ở áp suất một bar, và trên đó thiết lập cân bằng giữa khí với ion hiđro trong dung dịch. Điện cực như vậy cồng kềnh và khó tính, nhưng thế của nó tuân theo chính công thức định nghĩa mà không qua trung gian, và các dung dịch đệm sơ cấp dùng để hiệu chuẩn mọi điện cực thủy tinh trên thế giới được chứng nhận đúng bằng nó.
Ba cốc trước mỗi lần đo
Điện cực thủy tinh lão hóa, điểm không và độ dốc của nó trôi đi, nên trước khi làm việc phải kiểm tra máy bằng các dung dịch đệm có pH đã biết, thường là 4,01, 7,00 và 10,01 ở 25 °C, rồi vẽ lại đường thẳng theo chúng. Máy không được hiệu chuẩn như vậy vẫn hiện con số với hai chữ số thập phân, nhưng chữ số thứ hai chỉ đáng tin cho tới khi điện cực được chuyển sang một dung dịch lạ.
05 · Quy tắc viết
ký hiệu trước con số · không đơn vị · kèm nhiệt độCon số sau ký hiệu, không có đơn vị
Ký hiệu pH đặt trước con số như tên của một thang đo, không đặt sau như một đơn vị, và cạnh một giá trị chính xác phải ghi nhiệt độ lúc đo được.
Dòng đầu bên phải đặt ký hiệu sau con số, như thể pH là đơn vị, dòng thứ hai viết chữ P hoa, thứ chẳng có nghĩa gì trong hóa học, còn dòng thứ ba gán cho số mũ đơn vị mol trên lít, dù mol chỉ có trong nồng độ. Dòng thứ tư đổi logarit ra phần trăm, khiến mức giảm 0,3 trông nhỏ bé, dù ion hiđro đã giảm một nửa, dòng thứ năm thêm những «đơn vị» không tồn tại, và dòng thứ sáu lấy trung bình logarit ở chỗ lẽ ra phải lấy trung bình nồng độ.
06 · Các đơn vị lân cận
nồng độ · logarit · lượng chấtDưới logarit của pH là một nồng độ tính bằng mol trên lít, bản thân logarit khiến nó là họ hàng của đêxiben, thứ cũng nén hàng chục bậc độ lớn vào một thang ngắn, và mol vẫn là đơn vị SI duy nhất qua đó pH gắn với hệ đơn vị.
Chính nồng độ được lấy logarit, và cũng là nồng độ dùng để tính đã rót bao nhiêu axit.
Cũng là một logarit không thứ nguyên, nhưng của tỉ số công suất và nhân với mười.
Lượng chất, qua đó pH gắn với Hệ đơn vị quốc tế.
07 · Phần lịch sử
tư liệu · từ nhà máy bia đến IUPACNhững số 0 đã thành thang đo thế nào
{title}
{text}
Bốn bậc thang không vừa một trang giấy
Chiều cao cột là nồng độ ion hiđro theo thang thường, không phải logarit, ứng với pH 1, 2, 3 và 4. Mỗi cột sau thấp hơn cột trước mười lần, và cột thứ tư gần như không nhìn thấy; khung lần lượt lướt qua chúng.
Sørensen chọn logarit không phải vì đẹp, mà vì nếu không thì các đại lượng ông làm việc sẽ không vừa trên tờ giấy nào: bảy bậc từ pH 1 đến pH 7 sẽ kéo một thang tuyến tính dài ra mười triệu lần.
Một đại lượng không đo được nếu thiếu quy ước
Định nghĩa nói về hoạt độ của một ion hiđro riêng lẻ, nhưng nhiệt động học chỉ đo được tích hoạt độ của các ion trái dấu, vì dung dịch luôn trung hòa điện và không thể lấy riêng một ion ra khỏi nó. Vì vậy, xét chặt theo định nghĩa thì không dụng cụ nào đo được pH; thứ đo được chỉ là một đại lượng trong đó ion clorua cùng tham gia với hiđro.
Khoảng trống được lấp bằng một quy ước: theo quy ước Bates–Guggenheim, hệ số hoạt độ của ion clorua được tính bằng một công thức đơn giản của lý thuyết dung dịch, sau đó pin Harned với điện cực hiđro và điện cực bạc–bạc clorua, không có cầu nối lỏng, cho giá trị pH sơ cấp của một số dung dịch đệm chuẩn. Mọi phép đo khác trên Trái Đất đều dựa vào những dung dịch đệm này qua một chuỗi hiệu chuẩn.
Như vậy, trong mỗi con số pH, ngoài bản thân phép đo còn có một quy ước, và hai phòng thí nghiệm khớp nhau tới phần trăm đơn vị không phải vì họ đo cùng một tự nhiên, mà vì họ dùng cùng một quy ước và hiệu chuẩn theo cùng các dung dịch đệm.