pH

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The potential of hydrogen, or pH, points to a solution's acidity or basicity— properties based on the concentration of hydronium ions, formed when water molecules gain an extra proton.

The pH of a solution is the negative logarithm of its hydronium ion concentration. For example, a solution with 1 × 10−5 M hydronium concentration has a pH of 5.

pH values commonly range from zero to fourteen and are typically depicted in decreasing order of hydronium ion concentration on a pH scale at a standard temperature of 25°C.

Since pH is on a logarithmic scale, a solution of pH 4 has ten times more hydronium ions than a solution with pH 5, which has ten times more hydronium ions than pH 6, and so on.

pH seven is neutral since the water molecules autoionize through proton transfer between two water molecules, producing equal concentrations of hydroxide and hydronium ions.

Coffee has an acidic pH due to the high concentration of hydronium ions.

On the other hand, a low hydronium concentration, as in milk of magnesia, results in higher pH values, indicating a basic solution.

Substances above a pH of seven are basic, while those below are acidic.

Overview

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

용액이 수소이온을 주거나(공여) 받아들일(수용) 수 있는 잠재력에 따라 산성 혹은 염기성이 결정됩니다. 산성 용액은 양성자를 공여하는 반면, 염기성 혹은 알칼리성 용액은 양성자를 수용할 수 있습니다. 순수한 물은 양성자를 공여할 수 있는 수소 이온과 양성자를 수용할 수 있는 수산화 이온을 동일하게 가지고 있기 때문에 중성 용액이 됩니다.

pH는 수소 이온의 농도에 의해 결정되는 수용액의 산도 또는 염기도를 재는 척도입니다. 1리터의 순수한 물에는 1x10^-7 몰(mole)에 해당하는 수소 이온이 있습니다. 그러나 수용액의 수소 이온 농도는 너무나 광범위해서 pH를 몰(mole) 단위로 측정하는 것을 번거롭게 만듭니다. 따라서 pH 척도는 몰 단위의 수소 이온 농도에 10을 밑으로 하는 상용로그를 취해 -1을 곱한 값을 씁니다. 순수한 물의 pH는 7로 중성 용액을 나타냅니다. 대부분의 용액은 0에서 14 사이의 pH를 가지고 있지만 카르보란(carborane; pH가 -18) 같은 일부 용액은 이를 초과합니다. 참고로 1리터의 카르보란엔 1x10¹⁸ 몰에 해당하는 수소이온이 들어있습니다.

자유 수소 이온이 축적되면 카르보란과 같은 산성 용액이 되고 pH 값은 7 이하로 떨어집니다. 커피, 레몬 주스 및 위산은 산성 용액으로 각각 pH가 4.5, 2.5, 1.5 정도입니다.

pH 값이 7 이상인 용액은 수소 이온 농도가 낮고 알칼리성을 띱니다. 이런 용액에서 수소 이온은 수산기(hydroxyl group)와 같은 다른 화합물 구성 요소에 결합합니다. 이렇게 되면 자유 수소 이온의 총 수가 감소하고 pH 값을 증가시킵니다. 알칼리성 용액의 예로 각각 8과 12의 pH를 갖는 바닷물과 비눗물이 있습니다.

완충용액(buffer)은 수소 이온을 흡수하거나 방출하여 pH의 큰 변화를 방지합니다. 대부분의 생물학적 기능은 약 7.35~7.45의 중립에 가까운 pH 조건에서 발생하기 때문에, 완충용액은 중요한 역할을 합니다. 예를 들어 혈액은 이산화탄소가 많아지면 산성 상태가 됩니다. 이 때 중탄산염(bicarbonate)은 완충 역할을 하여 혈액을 다시 정상 pH로 되돌립니다. 중탄산염은 또한 위장에서 소장으로 이동할 때 유미즙(chyme)을 완충하는 데도 쓰입니다. 중탄산염이 없다면 소화된 음식의 산이 장의 내벽을 손상시킬 것 입니다.