화학에서는 왜 농도에 -log값을 붙인 pH, pKa등을 사용하나요?

Question

안녕하세요. 화학에서는 보통 농도 그 자체 값을 이용해서 계산하기보다는 pH, pKa 등을 사용하는데요 왜 농도에 -log값을 붙인 pH, pKa등을 사용하나요?

Answer 1

화학에서 pH, pKa와 같이 농도의 음의 로그값을 쓰는 이유는 단순히 표현의 편리함 때문만이 아니라, 농도의 스케일과 화학 반응의 성질을 잘 반영하기 위함인데요, 수용액에서 수소 이온 농도([H⁺])는 보통 1 M ~ 10⁻¹⁴ M까지 매우 넓은 범위를 가집니다. 이렇게 지수 형태로 매우 작은 수(10⁻⁷ 같은 값)를 그대로 다루는 것은 불편하기 때문에, 이를 로그 변환하여 간단한 0~14 범위의 값으로 바꿔 쓰는 것이 바로 pH입니다. 즉, 로그를 취하면 수십 억 배 차이가 나는 농도를 “간단한 숫자 범위”로 바꿀 수 있습니다.

또한 화학 반응에서 중요한 것은 절대 농도보다는 상대적인 비율이나 지수적 변화인데요 산-염기 평형에서 [H⁺] 농도가 10배 변하면, 반응 조건이 크게 달라지는데, 로그를 취하면 이런 비율 변화(배수)가 덧셈/뺄셈으로 단순화됩니다. 즉, 로그는 화학 반응의 변화를 직관적이고 선형적으로 보여주는 수단인 것입니다. 감사합니다.