pH(ピーエイチ)についてのご説明します。

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pH(ピーエイチ)とは

pHという言葉は、もうほとんどの方がご存じと思います。近頃では「お肌のpH」とか「食生活のpH」など、すでに私たちの生活の中にもpHという言葉が使われていますし、また、小学校の理科の時間に、リトマス試験紙やBTB溶液、フェノールフタレイン溶液等を使ったpHの実験をしたことを憶えている方も多いことでしょう。 pHとは、水溶液の性質をあらわす単位にすぎません。ちょうど長さをあらわすのにm(メートル)、重さをあらわすのにg(グラム)という単位があるように、水溶液の性質を知るために必要な単位なのです。では、pHは水溶液のどのような性質をあらわす単位なのでしょう。

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pHの性質

試しにレモンのしぼり汁をなめてみると"すっぱい"味がします。また、石けん水は、ヌルヌルして、なめると少し"にがい"味がするはずです。いま、このレモンのしぼり汁に青色リトマス試験紙を浸すと試験紙は赤色になり、石けん水に赤色試験紙を浸すと、青色になりました。試験紙が赤くなったレモンのしぼり汁は酸性、青くなった石けん水はアルカリ性です。また、酸性の水溶液は鉄、スズ、亜鉛などの金属と反応して水素を出します。アルカリ性の水溶液は炭酸ガスをよく吸収します。 つまり、pHとは、このような水溶液の性質(酸性・アルカリ性)の程度をあらわす単位なのです。普通の水はpH7、これより低い方を酸性、高い方をアルカリ性と呼びます。

水素イオン濃度

次に、水溶液の酸性、アルカリ性は、何によってきまるのかという疑問が起ってくるはずです。じつは、水溶液の酸性、アルカリ性は、水素イオンの濃度、つまりその水溶液に、どれだけの割合で水素イオンが含まれているかによってきまるのです。
普通の水を例にとって考えてみましょう。水はH2Oという分子式であらわされますが、実際にも、そのほとんどが、H2Oという非常に安定した分子のカタチで存在しています。ところが、ごく一部ですが、水素イオンH+と水酸イオンOH-というイオンの形で存在しているのです。
じつは、この水素イオンと水酸イオンとのバランスがpHを決定する要素なのです。水素イオンの方が多い場合は酸性、水酸イオンの方が多い場合はアルカリ性になるわけです。
ところで、温度が一定であれば、どのような水溶液でも、つねに、水素イオン濃度〔H+〕と水酸イオン濃度〔OH-〕との間に次の関係がみられます。

〔H+〕〔OH-〕=Kw=10-14(一定) ※Kwは水のイオン積あるいは水の解離定数とよばれます。

純水または中性溶液においては、

〔H+〕=〔OH-〕=√Kw=10-7

(H+)あるいは(OH-)のどちらか一方の値を知れば、自ずと他方の値もわかることになりますます。そこで、実際には水素イオン濃度〔H+〕だけを測定し、これをpHの目安としています。pHが水素イオン濃度によってきまるというのは、以上のようなことからなのです。

pHの定義

pHはpH=-log10〔H+〕の式で定義されています。ふつう、私たちが接する水溶液の水素イオン濃度は、ときに1中に1モルぐらいのこともあれば、また0.000001モルぐらのこともあります。しかし、とくにpH測定が必要な水素イオン濃度の非常に低い水溶液の場合は、小数点以下が非常に多く、数学的に取り扱いが不便です。デンマークのSorensen(ゼーレンセン)は、水素イオン濃度の逆数を常用対数で示したものをpHと定することを提案した。すなわち、

pH=-log10〔H+〕

中性の溶液の場合ですと、

〔H+〕=10-7

なのでpHは7になります。 以上のことでおわかりのように、例えばpH4とは、水溶液中の水素イオン濃度が 、つまり水溶液1 中に0.0001モルの水素イオンがふくまれているのです。 同じように、pH5は 、pH6は の水素イオンがふくまれています。ここで気がつくことは、pH4とpH6を比較して、pHが2しかちがわないのに、実際は、水素イオン濃度が100倍もちがうわけです。

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