pH 계산기
pH, pOH, 수소 이온 농도와 수산화 이온 농도를 서로 환산하고, 강산과 약산, 강염기와 약염기의 pH를 농도와 Ka로 구합니다.
약산. x가 작다고 가정하지 않고 x² + Kax − KaC = 0 을 그대로 풉니다. 따라서 이온화가 상당히 진행된 경우에도 답이 무너지지 않습니다.
이 농도에서 산 또는 염기는 1.31% 이온화되어 있습니다.
pH가 나타내는 것
pH는 수소 이온 농도의 상용로그에 음의 부호를 붙인 값으로, pH = −log10[H+] 입니다. 로그이기 때문에 한 눈금마다 열 배씩 달라집니다. pH 3은 pH 4보다 열 배, pH 5보다 백 배 더 산성입니다. 25 °C의 순수한 물에서는 [H+]와 [OH−]가 모두 1.0 × 10−7 mol/L이고, 익숙한 중성값 7은 여기서 나옵니다. 이 7은 보편 상수가 아니라 실온에서 물의 이온곱 Kw가 만들어 낸 값이므로, 온도가 달라지면 함께 움직입니다.
pH, pOH 그리고 두 농도
이 네 값은 하나의 수가 네 가지 얼굴을 한 것입니다. 그중 아무거나 하나를 주면 나머지 셋은 pH + pOH = 14와 [H+][OH−] = Kw = 1.0 × 10−14에서 따라 나옵니다. 메뉴의 처음 네 항목이 바로 그 일을 합니다. pH가 3.4이면 pOH는 10.6, 수소 이온 농도는 4.0 × 10−4 mol/L, 수산화 이온 농도는 2.5 × 10−11 mol/L이며, 어느 쪽에서 시작해도 계산은 똑같이 흘러갑니다.
강산과 강염기
강산은 완전히 해리되므로 0.01 mol/L 염산 용액은 수소 이온 0.01 mol/L를 내고 pH는 2가 됩니다. pH = −log10C 라는 지름길은 대략 10−6 mol/L까지는 잘 맞다가 그 아래에서 조용히 무너집니다. 10−8 mol/L 염산의 pH를 8이라고 말해 버리는데, 그러면 산이 염기가 되는 셈입니다. 이 도구는 물이 스스로 내놓는 수소 이온까지 포함해 전체 균형을 풀어 pH 6.98을 내놓습니다. 아주 살짝 산성이며, 그것이 맞는 답입니다.
약산과 약염기
약산은 일부만 이온화하며, 어디까지 진행되는지는 산 해리 상수 Ka가 정합니다. 평형에서 x² + Kax − KaC = 0이 나오고, 여기서 x가 수소 이온 농도입니다. 교과서는 대개 가운데 항을 버리고 x = √(KaC)를 쓰는데, 이온화가 약 5퍼센트 아래일 때는 충분히 가깝지만 그 이상이면 눈에 띄게 어긋납니다. 이 도구는 이차방정식을 그대로 풀고 이온화된 비율도 함께 알려 주므로, 그 근사가 통했을지 직접 판단할 수 있습니다. Ka는 1.75 × 10−5처럼 숫자로 넣거나, 마지막 칸을 pK로 바꾸고 4.76을 입력하면 됩니다.
알아 두면 좋은 것
- pH는 로그이므로 한 단위 차이는 산성도가 열 배 차이라는 뜻이지 작은 차이가 아닙니다.
- 중성점이 7인 것은 섭씨 25도일 때뿐이며, 100도 물에서는 약 6.14까지 내려갑니다.
- 0보다 낮은 pH와 14를 넘는 pH도 실제로 존재하며, 아주 진한 용액이 필요할 뿐입니다.
- 강하다는 것은 완전히 해리된다는 뜻이지 위험하다는 뜻이 아닙니다. 플루오린화 수소산은 약산이지만 부식성은 매우 큽니다.
- 아무것도 저장하지 않습니다. 계산은 서버에서 이루어지고 결과는 전송된 뒤 버려집니다.