pH 계산기 - 산, 염기, 완충용액
헨더슨-하셀바흐 식을 사용해 강산, 약산, 강염기, 약염기, 완충용액의 pH, pOH, [H+], [OH−]를 계산합니다.
용액 유형을 선택하고 농도와 필요한 해리 상수를 입력하면 pH, pOH, 이온 농도가 즉시 표시됩니다.
pH 계산기 - 산, 염기, 완충용액
헨더슨-하셀바흐 식을 사용해 강산, 약산, 강염기, 약염기, 완충용액의 pH, pOH, [H+], [OH−]를 계산합니다.
pH 계산기 소개
pH는 수용액이 얼마나 산성 또는 염기성인지를 나타내는 표준 지표입니다. 수소 이온 농도의 밑이 10인 음의 로그로 정의되며, pH = −log₁₀[H⁺]로 표현됩니다. 매우 넓은 농도 범위를 보통 0에서 14 사이의 편리한 척도로 압축합니다. pH 7은 중성, 7보다 낮으면 산성, 7보다 높으면 염기성입니다. 이 척도는 로그이므로 정수 1단계 차이는 수소 이온 농도의 10배 변화를 뜻합니다. 즉 pH 3 용액은 pH 4보다 10배, pH 5보다 100배 더 산성입니다.
이 pH 계산기는 일반화학과 분석화학에서 가장 흔히 접하는 다섯 가지 용액 유형을 다룹니다. 완전히 해리되는 강산의 경우 수소 이온 농도는 산 농도와 같으므로 pH = −log₁₀(C)입니다. 강염기의 경우 수산화 이온 농도는 염기 농도와 같아서 pOH = −log₁₀(C), pH = 14 − pOH가 됩니다. 이 두 경우에는 mol/L 단위의 농도만 있으면 됩니다.
약산과 약염기는 부분적으로만 이온화되므로 해리 상수가 필요합니다. 약산은 평형 근사 [H⁺] = √(Ka · C)를 사용하며, Ka = 10^(−pKa)입니다. 약염기는 [OH⁻] = √(Kb · C)를 사용합니다. pKa 또는 pKb와 농도를 입력하면 pH 계산기가 얻어진 이온 농도에서 pH를 돌려줍니다. 이 제곱근 근사는 해리되는 산 또는 염기의 양이 초기 농도에 비해 작다고 가정하며, 일반적인 묽고 약하게 이온화되는 용액에서 잘 맞습니다.
완충용액은 약산과 그 짝염기의 혼합물로, pH 변화에 저항하며 Henderson-Hasselbalch 식 pH = pKa + log₁₀([A⁻]/[HA])으로 계산합니다. 산의 pKa와 산(HA), 그 짝염기(A⁻)의 몰농도를 입력하세요. 둘이 같으면 pH는 pKa와 같아지며, 그래서 완충용액은 pKa 근처에서 가장 효과적입니다. 완충용액은 생화학, 세포 배양, 발효, 그리고 안정적인 pH가 필요한 모든 공정에서 필수적입니다.
pH 외에도 계산기는 pOH, [H⁺], [OH⁻]를 함께 제공해 용액의 평형 상태를 한눈에 볼 수 있습니다. 여기의 단순한 공식은 25 °C에서의 이상적 거동을 가정하며, 이때 물의 이온곱 Kw = 1×10⁻¹⁴입니다. 매우 농축된 용액, 극단적인 pH, 온도 변화, 활동도 효과는 실제 측정값을 약간 바꿀 수 있으므로, 결과는 보정된 pH 미터의 대체물이 아니라 정확한 학습 및 계획용 추정값으로 보아야 합니다.
pH 계산기 예시
계산기 아래의 예시 버튼을 클릭하면 이런 대표적인 용액을 불러올 수 있습니다.
| 용액 | pH | 계산 방법 |
|---|---|---|
| 0.01 mol/L HCl (강산) | pH 2.00 | HCl은 완전히 해리되므로 [H⁺] = 0.01 mol/L이고 pH = −log₁₀(0.01) = 2.00입니다. |
| 0.1 mol/L 아세트산, pKa 4.75 (약산) | pH 2.88 | Ka = 10⁻⁴·⁷⁵이므로 [H⁺] = √(Ka × 0.1) ≈ 1.33×10⁻³ mol/L, pH ≈ 2.88입니다. |
| 0.05 mol/L NaOH (강염기) | pH 12.70 | pOH = −log₁₀(0.05) = 1.30이므로 pH = 14 − 1.30 = 12.70입니다. |
| 아세트산 / 아세트산염 완충용액, 0.1 / 0.1 mol/L, pKa 4.76 | pH 4.76 | Henderson-Hasselbalch: pH = 4.76 + log₁₀(0.1/0.1) = 4.76. 같은 양이면 pH는 pKa와 같습니다. |
pH 계산기 사용 방법
- 용액 유형을 선택하세요: 강산, 약산, 강염기, 약염기, 또는 완충용액.
- 산과 염기는 mol/L 단위의 몰농도를 입력하고, 약한 종은 pKa 또는 pKb도 입력하세요.
- 완충용액은 산의 pKa와 산(HA), 그 짝염기(A⁻)의 몰농도를 입력하세요.
- 계산을 클릭하면 용액의 pH, pOH, [H⁺], [OH⁻]를 볼 수 있습니다.
- 초기화를 클릭해 입력을 지우거나, 예시를 불러와 계산 과정을 확인하세요.
pH 계산기 FAQ
pH란 무엇이며 어떻게 계산하나요?
pH는 수소 이온 농도의 밑이 10인 음의 로그로 산성도를 나타냅니다: pH = −log₁₀[H⁺]. pH가 7보다 낮으면 산성, 7이면 중성, 7보다 높으면 염기성입니다. 계산기는 용액 유형에 맞게 [H⁺]를 구한 뒤 이 공식을 적용합니다.
약산의 pH는 어떻게 계산하나요?
약산은 [H⁺] = √(Ka × C)를 사용합니다. 여기서 Ka = 10^(−pKa), C는 농도입니다. 그런 다음 pH = −log₁₀[H⁺]입니다. 농도와 pKa를 입력하면 계산기가 자동으로 처리합니다.
Henderson-Hasselbalch 식이란 무엇인가요?
완충용액의 pH를 계산하는 식입니다: pH = pKa + log₁₀([A⁻]/[HA]). 여기서 [A⁻]는 짝염기 농도, [HA]는 산 농도입니다. 둘이 같으면 pH는 pKa와 같아지며, 그 지점이 완충용액이 가장 잘 작동하는 구간입니다.
pH와 pOH의 차이는 무엇인가요?
pOH는 수산화 이온 농도를 나타내며, pOH = −log₁₀[OH⁻]입니다. 25 °C의 물에서는 pH + pOH = 14이므로 하나를 알면 다른 하나를 구할 수 있습니다. 계산기는 모든 용액에 대해 둘 다 보여줍니다.
계산한 pH가 미터값과 다른 이유는 무엇인가요?
이 공식들은 25 °C에서의 이상적 거동을 가정하고 약산과 약염기에는 근사를 사용합니다. 온도, 이온 강도(활동도), 매우 높거나 낮은 농도, 불순물이 실제 측정값을 바꿀 수 있으므로, 보정된 pH 미터와 약간 다를 수 있습니다.
pH가 음수이거나 14보다 클 수 있나요?
네. 0–14 범위는 대부분의 일상적인 용액을 포괄하지만, 매우 농축된 강산은 음의 pH를 가질 수 있고 매우 농축된 강염기는 14를 넘을 수 있습니다. 계산기는 농도가 그렇게 요구하면 해당 값을 반환합니다.