Metrohm(메트롬) pH 측정 원리와 pH meter 원리 - Part 2 -

 

pH 측정 원리와 pH meter 원리 - Part 2 -

해당 글은 Naver Blog : pH 2st 에서도 확인할 수 있습니다.

참고 1)

pH는 온도에 따라서 달라집니다. 그래서 정확한 pH을 측정하기 위해서는 항상 동일한 온도에서 측정하거나 온도 보정이 되는 pH meter을 사용합니다. 이후의 포스팅에서 pH meter을 소개하기 때문에 전위가 포함된 개념으로 설명 드리겠지만, 여기에서는 이온 곱 상수와 관련해서 설명하겠습니다.

앞에서 언급한 것과 같이 pH는 수용액을 바탕으로 정립된 개념입니다. 물의 해리반응은 흡열반응입니다. 이 반응은 온도가 높을수록 잘 이루어집니다. 아래의 표는 온도에 따른 물의 이온 곱 값을 나타낸 것 입니다.

< 온도 변화에 따른 물의 이온 곱 상수 >

이전 포스팅에서 언급한 식6)은 25℃ 순수한 물의 경우입니다.

중성의 순수한 물은 H⁺와 OH^-은 몰농도가 동일합니다. [H⁺] = [OH^-], 그러므로, H⁺와 OH^- 의 몰농도는 10^-7M 입니다. 이것을 수소이온지수 즉 pH로 나타내면, -log(10^-7), 즉 pH = 7이 됩니다. 온도가 25℃인 경우, 중성의 물의 pH는 7임을 알 수 있습니다.

위에서 언급한 것과 같이, 온도가 높을수록, 이온곱 상수의 값이 커집니다. 예를 들어, 35℃ 중성의 물의 pH는 아래와 같이 계산할 수 있습니다.

위에서 보는 것과 같이 25℃ 중성의 물의 경우, pH 7이지만, 온도가 35℃가 되면, 중성의 물의 pH가 6.84로 변화되는 것을 알 수 있습니다. 따라서 온도에 따라서 중성이라고 판단되는 pH가 달라지게 되므로, 그에 따라서 산성과 염기성의 판단, 산의 세기와 염의 세기를 다르게 판정할 수 밖에 없습니다.

이해가 좀 어려우면, 온도가 올라갈수록 수소이온의 활동도가 증가하여, 수소이온의 몰농도가 증가하여서, pH가 낮아진다고 생각하면 쉬울 것 같습니다.

참고 2) 발췌 : 쉬운기기분석, 고명수 외, 유한문화사

일반적으로 pH의 측정 범위는 0~14라고 알고 있습니다. 하지만 이 수치는 순수한 물을 기준으로 하였을 때의 범위입니다. 즉 25℃에서 순수한 물의 이온곱은 10^-14이기 때문입니다. 하지만 용액 중에 유기용매가 존재할 경우, 이들 유기물들은 수소이온을 둘러싸고 이온의 활동을 방해할 뿐만 아니라, 수소이온과 결합하려는 힘이 강하기 때문에 물의 해리상수는 훨씬 작아지게 됩니다. 또한 메탄올(CH₃OH↔H⁺+CH₃O^-)의 경우, H⁺와 CH₃O^-로 해리된 형태보다는 서로 결합된 형태(CH₃OH)로 존재하려는 힘이 크기 때문에 그 해리상수는 10-14보다 매우 적습니다.

K= [H⁺][CH₃O^-]/[CH₃OH] = 10^-19.1

그러므로 측정 가능한 pH는 19.1까지 존재합니다.

반대로 황산(H₂SO₄ ↔ 2H⁺ + SO₄^2-)보다 더 강산 산의 경우, 해리상수는 커지고 따라서 pH는 -2까지 작아질 수도 있습니다.

간단한 용액의 pH는 간단히 계산할 수 있지만, 실제로 실험 중에 사용되는 대부분의 용액이나 일상 중의 수용액들은 대단히 복잡하여서 pH을 계산한다는 것은 매우 어려운 일입니다. 그러므로 일반적으로 용액의 pH는 pH meter을 이용하여 측정하게 됩니다.

<< 다음 포스팅부터는 pH meter의 원리와 관련 이론, 기기 소개 등을 위주로 설명하도록 하겠습니다. >>

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