pH值

测定水溶液的酸度或碱度

pH,亦称pH值氢离子浓度指数酸值酸碱值[1]“⿰离𢀖”离氢切、注音:ㄌㄧㄥˊ、拼音:líng)标值[2],是溶液氢离子活度的一种标度,也是衡量溶液程度的最普遍标准。概念在1909年由丹麦生物化学家瑟伦·索伦森提出,“pH”的“H”代表氢离子(H⁺);“p”的来源则有几种说法:第一种称p代表德语“potenz”,意思是力度、强度;第二种称pH代表拉丁文“pondus hydrogenii”,即“氢的量”;第三种认为p只是索伦森随意选定的符号,因为他也用了q。现今的化学界把p加在无量纲量前面表示该量的负对数

通常(25、298.15K),溶液pH小于7时呈酸性,pH大于7时呈碱性,等于7时为中性

pH可小于0,如10M盐酸的pH为−1;也可大于14,如10M氢氧化钠的pH为15.00。

定义 编辑

一些常见物质的pH(取至2位小数)
物质 pH值 性质
浓硫酸(95 M) -2.05 酸性
浓硝酸(48 M) -1.65
浓盐酸(10 M) -1.00
硝酸(1 M) -0.25
氢氯酸(1 M) 0.00
铅酸蓄电池的酸液 1.00
稀盐酸(0.08M) 1.15
胃酸 1.20
柠檬汁 2.00
食醋 2.25
可乐 2.50
番茄汁 3.00
橙汁 3.20
苹果汁 3.50
啤酒 3.90
酸雨 4.50
咖啡 5.00
5.70
牛奶 6.50
蒸馏水氯化钠溶液 7.00 中性
7.30~7.50 碱性
海水 8.00
肥皂 8.90~10.10
石灰水 11.00
家用氨水除垢剂 11.50
漂白水(次氯酸钠) 12.50
家用通渠剂 13.50
氢氧化钠(1 M) 14.00
氢氧化钾(1 M) 14.50
浓氢氧化钠溶液(25 M) 15.35

pH的计算公式是

pH=-log[H⁺]=log 

[H⁺]指溶液氢离子活度(有时也写为[H₃O⁺],水合氢离子活度),单位M(mol/L),稀溶液中氢离子活度约等于氢离子浓度,可用氢离子浓度来近似计算。

在25°C,pH=7的水溶液(如纯)为中性,水在25°C自然电离出的氢离子和氢氧根离子浓度的乘积(水的离子积常数,Kw)始终是1×10⁻¹⁴,且两种离子的浓度都是1×10⁻⁷M。pH小于7即H⁺浓度大于OH⁻浓度,溶液酸性强,而pH大于7则H⁺浓度小于OH⁻浓度,溶液碱性强。是故pH愈小,溶液愈酸;pH愈大,溶液也就愈碱。

如溶剂非水或温度非25°C,中性溶液pH就可能不是7,而须计算该溶剂在这温度的电离常数来决定中性pH的值;水在373K(100℃)的离子积常数为5.5×10⁻¹³,pH约6.13,此时为中性溶液。现实的溶液不是理想溶液,仅用H⁺浓度不可准确测量,也无法准确计到溶液的pH,故应采H⁺活度,即

pH=-log 

这样从理论上讲只要知道氢离子的活度a(H⁺)就可以得到溶液的准确pH。[3]

于是pH有了操作定义:[4]测量以下伽伏尼电池的电动势E未知

参比电极|浓氯化钾溶液‖要测的溶液|H₂|铂(电极)

将未知pH的溶液换成已知pH的溶液,同样测量电池的电动势E已知,则

pH(未知)=pH(已知)+ 

F为法拉第常数, 为摩尔气体常数, 为热力学温度。测定未知溶液与标准溶液的电动势就可计出未知溶液的pH。IUPAC为此规定了一些标准溶液的pH。[5]

测量 编辑

溶液pH有很多方法来测量:

  • 在待测溶液加入pH指示剂,不同指示剂根据不同的pH会变色,根据指示剂的研究就可以确定pH的范围。滴定时,可以作精确的pH标准。此外,有多种pH指示剂配制而成的pH试剂。
  • 使用pH试纸,pH试纸有广泛试纸和精密试纸,用玻棒沾一点待测溶液到试纸上,然后根据试纸颜色对照比色卡也可以得到溶液的pH。上方表格就相当于比色卡。
    • pH试纸不能够显示出油份的pH,pH试纸以离子来量度待测溶液的pH,但油没有离子,pH试纸不能显示出油份的pH。
    • pH试纸及pH指示剂难以测试有颜色的溶液,因为溶液的颜色会干扰结果的颜色,所以不能使用pH试纸及pH指示剂测试有颜色的溶液。
  • 使用pH计,pH计是测量溶液pH的仪器,它通过pH选择电极(如玻璃电极)来测量出溶液的pH。pH计可精确到小数点后三位。

pOH 编辑

pOH(氢氧根离子浓度指数)是和pH相对应、表示溶液中氢氧根离子活度的概念,

pOH=-log[OH⁻]

在298K(25℃),水的离子积Kw=[H⁺][OH⁻]=10⁻¹⁴,log Kw=log[H⁺]+log[OH⁻],pOH=14-pH,pH和pOH之和为14。

用途 编辑

生物系统中的pH
组织或物质 pH
胃酸 1
溶酶体 4.5
嗜铬细胞颗粒 5.5
人类皮肤 5.5
尿液 6.0
37°C的纯水 6.81
细胞质 7.2
脑脊液(CSF) 7.5
血液 7.34-7.45
线粒体基质 8.0
胰腺分泌物 8.1

由pH定义得知pH是衡量溶液酸碱的尺度,很多领域都要知溶液pH从而控制溶液酸碱:

  • 医学:人血pH通常在7.35-7.45间,超出范围就是病理现象。唾液pH也用于判断病情。
  • 化学化工:很多化学反应须在特定pH,否则得不到期望产物。
  • 农业等很多农作物有喜欢酸土或碱土的习性,控制土壤pH可使农作物更茁壮。

参见 编辑

参考 编辑

  1. ^ 高立出版集團 -- 普通化學實驗(彩色版). [2010-11-07]. (原始内容存档于2016-03-04). 
  2. ^ 高雄市立高雄高级中学化学科研究. 高中基礎化學(二) 第一章 常見的化學反應. : 14 (中文(台湾)).  . "源于形声字:氢离子"
  3. ^ http://www.xieshil.com/post/48714.htm页面存档备份,存于互联网档案馆) pH的操作定义
  4. ^ 中华人民共和国国家标准 物理化学和分子物理学的量和单位 GB3102.8-1993 附录C
  5. ^ IUPAC, Definition of pH Scales, Standard Reference Values, Measurement of pH and Related Terminology, Pure Appl Chem, 57(1985), 531-542

延伸阅读 编辑

外部链接 编辑