수소 이온 지수

수소 이온 지수

농경학·화학·생물학 등에 널리 사용되는 이 용어는 1ℓ당 약 1~10^－14g당량의 수소 이온 농도값을 0~14의 숫자로 전환하여 나타낸다. 중성인 순수한 물에서 수소 이온의 농도는 1ℓ당 10^－7그램당량이고 이것은 pH 7에 해당한다. pH 7 이하의 용액은 산성, pH 7 이상인 용액은 염기성 또는 알칼리성이라고 한다.

덴마크의 생화학자 S. P. L. 쇠렌센이 처음으로 수용액에서 ℓ당 당량 단위의 수소 이온 농도를 나타내기 위해 pH를 측정했다. 이것을 식으로 나타내면 다음과 같다. pH=－log[H^＋](이 식에서 [H^＋]는 꺾쇠 괄호 안의 화학종 A의 농도를 나타냄)이다.

수소 이온 농도의 물리적 의미가 불확실하기 때문에 pH의 정의는 측정 방법에 따라 다르다. 미국국립표준국에서는 pH값을 특정 용액에서 표준전극 사이에 발생하는 기전력(起電力：전위 또는 전압)으로 정의한다. 농업에서 토양수분의 pH값은 어떤 작물이 그 토양에서 쉽게 자랄 수 있을 것인가와 다른 곡식이 자랄 수 있도록 하기 위해서 어떤 조정이 필요한가를 나타내주는 지표가 되므로 매우 중요한 성질이다.

비록 침엽수나 관목류에 속하는 많은 종류의 식물이 산성 토양에서 잘 성장하지만, 산성 토양은 종종 불모지로 여겨지며 대부분의 재래 농작물의 경우 역시 산성 토양에서 제대로 자랄 수 없다. 산성 토양은 석회로 처리하여 중화시키거나 토양의 산성도를 약하게 해야 한다. 토양의 산성도가 증가함에 따라 알루미늄과 망간의 용해도도 증가하는데, 농작물을 포함한 많은 식물들이 이런 금속을 함유한 토양에서 잘 견디지 못한다. 토양의 산성 정도는 미생물의 작용에 의한 유기물질의 분해, 가수분해 또는 질화되는 비료염, 염습지가 농지로 사용되기 위해 배수될 때 황화합물의 산화 및 기타 여러 가지 이유로 증가될 수 있다.

pH는 시료용액에 있는 전극 사이의 기전력의 차를 pH값으로 바꾸어주는 pH미터로 측정한다. 기본적으로 pH미터는 pH감응전극에 부착된 전압계와 기준전극으로 구성된다. pH감응전극은 보통 유리전극이고, 기준전극은 보통 칼로멜(수은-염화수은) 전극인데 경우에 따라 은-염화은 전극이 사용되기도 한다.

두 전극이 용액에 담겨져 있을 때 전지로 작용한다. 유리전극은 용액에서 수소 이온 활동도와 직접 관련된 전위를 발생시키고, 전압계는 유리전극과 기준전극 사이의 전위차를 측정한다. pH미터에는 디지털과 아날로그 방식이 있다. 디지털 눈금표시기는 정확하다는 장점이 있는 반면 아날로그 방식은 변화율을 잘 나타낼 수 있다. 전지로 작동되는 휴대용 pH미터는 토양의 pH를 야외에서 측정하는 데 널리 사용된다. 또한 측정의 정확도는 다소 떨어지지만 토양의 현탁액에 지시염료를 섞고 이때 나타나는 색을 pH에 따라 색으로 나타낸 색도표에 맞추어 pH를 측정하기도 한다.