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pH

1924

Søren Peder Lauritz Sørensen
G. N. Lewis
IUPAC

(설명을 위한 생성된 이미지입니다)

pH는 수소 이온 활성도[latex]a_{H^+}[/latex]의 음의 십진 로그 값으로 정식 정의됩니다. 공식은 [latex]pH = -log_{10}(a_{H^+})[/latex]입니다. 활성도는 분자간 힘을 고려한 수소 이온의 유효 농도이며, 무차원량입니다. 묽은 용액의 경우, 활성도는 [latex]H^+[/latex] 이온의 몰 농도와 거의 같으므로 계산이 간단해집니다.

The modern definition of pH using hydrogen ion activity ([latex]a_{H^+}[/latex]) is a refinement of Sørensen’s original 1909 proposal, which used hydrogen ion concentration. The activity is related to concentration ([latex]c[/latex]) by the activity coefficient ([latex]gamma_{H^+}[/latex]): [latex]a_{H^+} = gamma_{H^+} cdot c/c^0[/latex], where [latex]c^0[/latex] is the standard concentration (1 mol/L). In dilute solutions, [latex]gamma_{H^+}[/latex] approaches 1, and activity approximates concentration. However, in more concentrated solutions, ionic interactions reduce the effective concentration, making the activity-based definition more accurate.

Because the activity of a single ion cannot be measured independently, the IUPAC has established an operational definition. This definition relies on a primary standard reference cell and a series of certified standard buffer solutions with assigned pH values. A practical pH measurement compares the potential of an electrode in the sample solution to its potential in these standard buffers, effectively calibrating the measurement against the established scale. This ensures consistency and comparability of pH values measured worldwide.

농업, 구경 측정, 화학, 환경적 영향, 품질 보증, 품질 관리, 토양 복원, 물 오염

UNESCO Nomenclature: 2201

분석화학

유형

추상 시스템

분열

기초적인

용법

널리 사용됨

전구체

이는 흐름을 시작하는 데 필요한 최소 전단 응력인 항복 응력 [latex]tau_0[/latex]을 특징으로 합니다.
law of mass action by Guldberg and Waage
concept of chemical activity by G. N. Lewis
development of logarithmic scales
Sørensen’s initial concentration-based pH scale

응용 프로그램

water quality monitoring
soil testing in agriculture
clinical diagnostics (blood gas analysis)
food and beverage production
chemical synthesis
pharmaceutical formulation

특허:

잠재적 혁신 아이디어

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Related to: pH, hydrogen ion activity, logarithm, electrochemistry, analytical chemistry, IUPAC, concentration, aqueous solution, acidity, pOH.

역사적 맥락

자가촉매

자기촉매반응은 화학 반응 생성물 중 하나가 동일하거나 연관된 반응의 촉매 역할을 하는 현상입니다. 이는 양의 피드백 루프를 형성하여 반응 속도를 가속화합니다. 반응 속도는 초기에는 느리지만 생성물(촉매)의 농도가 증가함에 따라 빨라지며, 흔히 시그모이드(S자형) 반응 속도 곡선을 나타냅니다.

란데 g-팩터

란데 g-인자([latex]g_J[/latex])는 약한 자기장 영역에서 원자의 총 자기 모멘트와 총 각운동량을 연결하는 무차원 비례 상수입니다. 이는 이상 제만 효과를 정량적으로 설명하는 데 매우 중요합니다. 란데 g-인자의 값은 [latex]g_J = 1 + frac{J(J+1) + S(S+1) - L(L+1)}{2J(J+1)}[/latex]이며, 여기서 L, S, J는 양자수입니다.

파동-입자 이중성

광자나 전자와 같은 모든 양자 개체는 입자적 성질과 파동적 성질을 모두 나타냅니다. 실험 환경에 따라 국소화된 입자처럼 행동하거나 분산된 파동처럼 행동할 수 있습니다. 드 브로이 가설은 운동량 p를 가진 모든 입자는 파장 λ = h/p를 갖는다고 주장하며, 여기서 h는 플랑크 상수입니다.

란탄족 수축

란탄족 수축이란 란탄족 원소(란탄에서 루테튬까지)의 원자 반지름과 이온 반지름이 원자 번호가 증가함에 따라 꾸준히 감소하는 현상입니다. 이 현상은 4f 전자가 핵전하를 제대로 차폐하지 못하기 때문에 발생합니다. 그 결과, 란탄족 이후의 6주기 원소들은 예상외로 작은 크기를 가지며, 이는 5주기 원소들과 유사한 수준입니다.

양자 통계

양자 통계는 동일한 입자의 구별 불가능성을 설명하기 위해 고전 통계 역학을 수정합니다. 양자 통계는 크게 두 가지 유형으로 나뉘는데, 파울리 배타 원리를 따르는 페르미온(전자와 같은 반정수 스핀 입자)에 대한 페르미-디락 통계와 동일한 양자 상태를 가질 수 있는 보손(광자와 같은 정수 스핀 입자)에 대한 보즈-아인슈타인 통계가 있습니다. 이러한 구분은 저온 및 고밀도 환경에서 매우 중요합니다.

과학자가 역학에서 시간에 따른 점도 변화를 보여주는 요변성 유체를 교반하고 있습니다.

시간 의존적 점도: 요변성 및 레오펙시

점성변형과 유동변형은 시간에 따라 점도가 변하는 현상을 설명합니다. 점성변형 유체는 일정한 전단 응력 하에서 시간이 지남에 따라 점도가 감소합니다(예: 요구르트는 저으면 더 묽어집니다). 유동변형(또는 반점성변형) 유체는 일정한 전단 응력 하에서 시간이 지남에 따라 점도가 증가합니다(예: 일부 윤활유). 이러한 효과는 가역적이며, 유체는 일정 시간 동안 정지 상태를 유지하면 원래 상태로 돌아갑니다.

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데바이 힘(쌍극자-유도 쌍극자 상호작용)

극성 분자(영구 쌍극자를 가짐)와 비극성 분자 사이에는 인력이 작용합니다. 영구 쌍극자에서 발생하는 전기장은 비극성 분자의 전자 구름을 변형시켜 일시적인 쌍극자를 유도합니다. 이 두 쌍극자는 서로 끌어당깁니다. 상호작용 위치 에너지는 [latex]V propto -frac{alpha mu^2}{r^6}[/latex]이며, 여기서 [latex]alpha[/latex]는 극성률이고 [latex]mu[/latex]는 영구 쌍극자 모멘트입니다.

키솜 포스

물이나 염화수소처럼 영구적인 전기 쌍극자 모멘트를 가진 분자들 사이의 정전기적 상호작용입니다. 이 힘은 쌍극자들이 머리-꼬리 방향으로 정렬하려는 경향에서 비롯되며, 결과적으로 순 인력이 발생합니다. 이 상호작용은 온도에 따라 달라지는데, 열 운동이 정렬을 방해하기 때문입니다. 방향 평균 위치 에너지는 [latex]V propto -frac{1}{r^6 k_B T}[/latex]에 따라 변합니다.

빙햄 플라스틱

Bingham 플라스틱은 낮은 응력에서는 강체처럼 동작하지만 높은 응력에서는 점성 유체처럼 흐르는 점소성 재료입니다.

레너드-존스 전위를 사용하여 분자 역학 시뮬레이션을 수행하는 과학자가 있는 실험실 장면.

레너드-존스 잠재력

두 중성 원자 또는 분자 사이의 상호작용 잠재 에너지를 근사적으로 나타내는 간단하고 널리 사용되는 수학적 모델입니다. 이 모델은 반 데르 발스 힘을 나타내는 장거리 인력항([latex]propto r^{-6}[/latex])과 파울리 반발력을 나타내는 급격한 단거리 척력항([latex]propto r^{-12}[/latex])을 결합합니다. 공식은 [latex]V_{LJ}(r) = 4epsilon [(frac{sigma}{r})^{12} - (frac{sigma}{r})^6][/latex]입니다.

전단 박화(의사소성)

전단박화 또는 유사소성(pseudoplasticity)은 유체의 점도가 전단 응력의 증가율에 따라 감소하는 비뉴턴 유체의 특성입니다. 케첩이나 페인트와 같은 많은 일반적인 물질이 이러한 특성을 나타냅니다. 정지 상태에서는 점도가 높지만, 흔들거나 휘젓거나 바르면 더 쉽게 흐릅니다. 이러한 현상은 종종 오스트발트-드 웨일(Ostwald-de Waele) 멱법칙 관계로 모델링됩니다.

슈뢰딩거 방정식

이는 양자 역학에서 물리 시스템의 양자 상태가 시간에 따라 어떻게 변하는지를 설명하는 기본 방정식입니다. 파동 함수 [latex]Psi(x, t)[/latex]에 대한 선형 편미분 방정식입니다. 시간에 따라 변하는 버전은 [latex]ihbarfrac{partial}{partial t}Psi = hat{H}Psi[/latex]이며, 여기서 [latex]hat{H}[/latex]는 시스템의 총 에너지를 나타내는 해밀턴 연산자입니다.

양자 운동량 연산자

양자역학에서 운동량은 벡터 연산자로 표현되는 관측 가능한 물리량입니다. 위치 기저에서 운동량 연산자는 [latex]hat{vec{p}} = -ihbarnabla[/latex]로 주어지며, 여기서 [latex]hbar[/latex]는 환산 플랑크 상수이고 [latex]nabla[/latex]는 기울기 연산자입니다. 운동량 보존 법칙은 병진 대칭성을 갖는 시스템에서 해밀턴 연산자와 운동량 연산자가 교환 가능하다는 사실, 즉 [latex][hat{H}, hat{vec{p}}] = 0[/latex]에 해당합니다.

하이젠베르크 불확정성 원리

입자의 상보적인 물리적 성질 쌍을 완벽한 정확도로 동시에 아는 것은 불가능합니다. 가장 흔한 예는 위치 [latex]와 운동량 [latex]입니다. 이 원리는 두 성질의 불확정성 계수, 즉 [latex]Delta x[/latex]와 [latex]Delta p[/latex]의 곱이 특정 값 이상이어야 한다는 것을 나타냅니다. [latex]Delta x Delta p ge frac{hbar}{2}[/latex].

(날짜를 알 수 없거나 관련이 없는 경우, 예를 들어 "유체역학"의 경우, 주목할 만한 등장 시기를 대략적으로 추정하여 제공합니다.)