강산 pH 계산기란?
이 계산기는 물에서 완전히 해리되는 강산 용액의 pH를 구해 줍니다. HCl, HNO₃, H₂SO₄ 같은 강산은 산성 양성자를 전부 내놓기 때문에, 수소 이온 농도는 산의 농도에 분자당 산성 양성자 수를 곱한 값과 같습니다.
사용 방법
산의 몰농도(mol/L)와 산성 양성자 수(\(n_H\))를 입력하세요. HCl 같은 일양성자산은 1, H₂SO₄ 같은 이양성자산은 2를 넣으면 됩니다. 계산기는 pH와 수소 이온 농도 \([\text{H}^+]\), 그리고 pOH를 함께 보여 줍니다.
공식 풀이
강산은 완전히 해리되므로 \([\text{H}^+] = C \times n_H\) 가 성립합니다. pH는 이 농도의 밑이 10인 로그에 음수를 취한 값입니다:
$$\text{pH} = -\log_{10}\left(C \times n_H\right)$$pOH는 25 °C에서 성립하는 물의 자체 이온화 관계식 \(\text{pH} + \text{pOH} = 14\) 로부터 구합니다.
예제로 익히기
0.01 mol/L HCl(\(n_H = 1\))의 경우: \([\text{H}^+] = 0.01\ \text{mol/L}\),
$$\text{pH} = -\log_{10}(0.01) = 2, \quad \text{pOH} = 14 - 2 = 12$$입니다. 0.01 mol/L H₂SO₄를 완전한 이양성자산으로 본 경우(\(n_H = 2\)): \([\text{H}^+] = 0.02\ \text{mol/L}\),
$$\text{pH} = -\log_{10}(0.02) \approx 1.70$$입니다.
자주 묻는 질문
약산에도 쓸 수 있나요? 아니요. 약산은 일부만 해리되므로 산 해리 상수(Ka)가 필요합니다. 이 계산기는 완전 해리를 전제로 합니다.
다양성자산 근사는 정확한가요? 모든 양성자가 완전히 방출된다고 보는 것은 이상적인 가정입니다. 실제로 H₂SO₄의 두 번째 해리는 완전하지 않으므로, 실측 pH는 계산값보다 약간 높을 수 있습니다.
pH가 음수가 될 수도 있나요? 매우 진한 산(\(C \times n_H > 1\))에서는 pH가 음수로 나오며, 수학적으로는 타당합니다. 다만 고농도에서는 활동도(activity) 효과를 함께 고려해야 합니다.
