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氫離子濃度指數的數值俗稱“pH值”。表示溶液酸性或鹼性程度的數值,即所含氫離子濃度的常用對數的負值。
如果某溶液所含氫離子的濃度為每升0.00001摩爾(mol/L),它的氫離子濃度指數就是5,計算方法為-lg[濃度值]。
與其相反,如果某溶液的氫離子濃度指數為5,他的氫離子濃度為0.00001摩爾(mol/L),計算方法為10^(-濃度指數)
氫離子濃度指數一般在0-14之間,當它為7時溶液呈中性,小於7時呈酸性,值越小,酸性越強;大於7時呈鹼性,值越大,鹼性越強。
pH是1909年由丹麥生物化學家Soren Peter Lauritz Sorensen提出。p來自德語Potenz(means potency, power),意思是濃度、力量,H(hydrogen ion)代表氫離子(H+);有時候pH也被寫為拉丁文形式的Pondus hydrogenii(Pondus=壓強、壓力,hydrogenii=氫)。
pH是溶液中氫離子活度的一種標度,也就是通常意義上溶液酸鹼程度的衡量標準。pH值越趨嚮於0表示溶液酸性越強,反之,越趨嚮於14表示溶液鹼性越強,在常溫下,pH=7的溶液為中性溶液。 |
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水的電離 為了便於理解和說明pH,首先闡述一下水的電離和水的離子積常數。
水的電離 水是一種極弱的電解質,可以發生微弱的電離,其電離方程式為:H2O+H2O≒H3O+ + OH-,簡寫為H2O≒H+ + OH-,是一個吸熱過程。水的電離受溫度影響,加酸加鹼都能抑製水的電離。水的電離是水分子與水分子之間的相互作用而引起的,因此極難發生。實驗測得,25℃時1L純水中衹有1×10^(-7)mol的水分子發生電離。由水分子電離出的H+和OH-數目在任何情況下總相等。25℃時,純水中[H+]=[OH-]=1×10^(-7)mol/L.
水的離子積常數 [H+]·[OH-]=K(W),其中K(W)稱作水的離子積常數,簡稱水的離子積;[H+]和[OH-]是分別是指整個溶液中氫離子和氫氧根離子的總物質的量濃度.K(W)衹隨溫度變化而變化,是溫度常數.如25℃,[H+]=[OH-]=1×10^(-7)mol/L,K(W)=1×10^(-14);100℃時,[H+]=[OH-]=1×10^(-6)mol/L,K(W)=1×10^(-12). |
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溶液酸性、中性或鹼性的判斷依據是:[H+]和[OH-]的濃度的相對大小.在任意溫度時溶液[H+]>[OH-]時呈酸性,[H+]=[OH-]時呈中性,[H+]<[OH-]時呈鹼性.但當溶液中[H+]、[OH-]較小時,直接用[H+]、[OH-]的大小關係表示溶液酸鹼性強弱就顯得很不方便.為了免於用氫離子濃度負幂指數進行計算的繁瑣,丹麥生物化學家澤倫森(Soernsen)在1909年建議將此不便使用的數值用對數代替,並定義為"pH"。數學上定義pH為氫離子濃度的常用對數負值,即:pH=-lg[H+].
在標準溫度(25℃)和壓力下,pH=7的水溶液(如:純水)為中性,這是因為水在標準溫度和壓力下自然電離出的氫離子和氫氧根離子濃度的乘積(水的離子積常數)始終是1×10^(-14),且兩種離子的濃度都是1×10^(-7)mol/L。pH值小說明H+的濃度大於OH-的濃度,故溶液酸性強,而pH值增大則說明H+的濃度小於OH-的濃度,故溶液鹼性強。所以pH值愈小,溶液的酸性愈強;pH愈大,溶液的鹼性也就愈強。
通常pH值是一個介於0和14之間的數,當pH<7的時候,溶液呈酸性,當pH>7的時候,溶液呈鹼性,當pH=7的時候,溶液呈中性.但在非水溶液或非標準溫度和壓力的條件下,pH=7可能並不代表溶液呈中性,這需要通過計算該溶劑在這種條件下的電離常數來决定pH為中性的值。如373K(100℃)的溫度下,pH=6為中性溶液。 |
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在pH的計算中[H+]指的是溶液中氫離子的物質的量濃度(有時也被寫為[H3O+],水合氫離子的物質的量濃度),單位為mol/L(摩爾/升),在稀溶液中,氫離子活度約等於氫離子的濃度,可以用氫離子濃度來進行近似計算。 |
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有很多方法來測量溶液的pH值:
1.在待測溶液中加入pH指示劑,不同的指示劑根據不同的pH值會變化顔色,根據指示劑的研究就可以確定pH的範圍。滴定時,可以作精確的pH標準.
PH試紙和標準比色卡2.使用pH試紙.pH試紙有廣泛試紙和精密試紙,用玻棒蘸一點待測溶液到試紙上,然後根據試紙的顔色變化並對照比色卡也可以得到溶液的pH。上方的表格就相當於一張比色卡.pH試紙不能夠顯示出油份的pH,由於pH試紙以氫鐵製成和以氫鐵來量度待測溶液的pH值,但油中沒含有氫鐵,因此pH試紙不能夠顯示出油份的pH。
3.使用pH計.pH計是一種測量溶液pH值的儀器,它通過pH選擇電極(如玻璃電極)來測量出溶液的pH。pH計可以精確到小數點後兩位.
此外還有許多其他更為先進更為精確的pH值測算方法和手段. |
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由pH的定義可知,pH是衡量溶液酸鹼性的尺度,在很多方面需要控製溶液的酸鹼,這些地方都需要知道溶液的pH:
醫學上:人體血液的pH值通常在7.35-7.45之間,如果發生波動,就是病理現象。唾液的pH值也被用於判斷病情。如夏季蚊蟲叮咬會分泌出甲酸(蟻酸),人感到癢,是因為此時pH低於7顯酸性可采用肥皂水、牙膏來增加pH值可以使人減輕痛癢感。
化學和化工上:很多化學反應需要在特定的pH下進行,否則得不到所期望的産物。
農業上:很多植物有喜酸性土壤或鹼性土壤的習性,如茶的種植。控製土壤的pH可以使種植的植物生長的更好。
工業應用上怎麽得到液體的PH值呢,現在測量PH的儀表有很多,比如筆式PH計(pen pH meter),在綫PH計,都可以隨時精確的測量出PH值。 |
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pH值是水溶液最重要的理化參數之一。凡涉及水溶液的自然現pH和溶液的酸鹼性象。化學變化以及生産過程都與pH值有關,因此,在工業、農業、醫學、環保和科研領域都需要測量pH值。
水的pH值是表示水中氫離子活度的負對數值,表示為:
pH=-lgaH+
pH值有時也稱氫離子指數,由於氫離子活度的數值往往很小,在應用上很不方便,所以就用pH值pH試紙這一概念來作為水溶液酸性、鹼性的判斷指標。而且,氫離子活度的負對數值能夠表示出酸性、鹼性的變化幅度的數量級的大小,這樣應用起來就十分方便,並由此得到:
(1)中性水溶液,pH=-lgaH+=-lg10-7=7
(2)酸性水溶液,Ph<7,pH值越小,表示酸性越強;
(3)鹼性水溶液,Ph>7,pH值越大,表示鹼性越強。 |
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pOH(氫氧根離子濃度指數)是和pH相對應的表示溶液中氫氧根離子活度的概念,定義如下:
當在298K(25℃)的時候,水的離子積Kw = [H][OH]=10 因為log Kw = log [H] + log [OH],所以此時pOH=14-pH。 |
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- : hydrogen ion concentration index
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