一文详细了解什么是PH、氢离子浓度指数

​PH即氢离子浓度指数(hydrogen ion concentration),是表示氢离子浓度的一种方法,它是水溶液中氢离子浓度(活度)的常用对数的负值,即-lg[H+]。氢离子活度指数的测定,定性方法可通过使用pH指示剂、pH试纸测定,而定量的pH测量需要采用pH计来进行测定。

  • 发布时间:2023-12-05

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PH即氢离子浓度指数(hydrogen ion concentration),是表示氢离子浓度的一种方法,它是水溶液中氢离子浓度(活度)的常用对数的负值,即-lg[H+]。氢离子活度指数的测定,定性方法可通过使用pH指示剂、pH试纸测定,而定量的pH测量需要采用pH计来进行测定。

PH的来源

氢离子浓度指数(hydrogen ion concentration),一般称为“pH”,由丹麦生物化学家Soren Peter Lauritz Sorensen在1909年提出。符号p来自德语Potenz,意思是“浓度”。H代表氢离子(hydrogen ion)。

PH的计算方式

为了便于理解和说明pH,首先阐述一下水的电离和水的离子积常数。

水的电离

水是一种极弱的电解质,可以发生微弱的电离,其电离方程式为H2O+H2O ⇋ H3O++OH-,简写为H2O ⇋ H++OH-,是一个吸热过程。水的电离是水分子与水分子之间的相互作用而引起的,因此极难发生,受温度影响,加酸、加碱都能抑制水的电离。实验测得,25℃时,1L纯水中只有1 x 10-7mol 的水分子发生电离。由水分子电离出的H+和OH-数目在任何情况下总相等。25℃时,纯水中。

水的离子积常数定义为。其中,KW称作水的离子积常数,简称水的离子积;[H+]和[OH-]是分别是指整个溶液中氢离子和氢氧根离子的总物质的量浓度。KW只随温度变化而变化,是温度常数。譬如,25℃时,[H+]=[OH-]=1×10-7mol/L,KW=1×10-14;100℃时,[H+]=[OH-]=1×10-6mol/L,KW=1×10-12

溶液酸性、中性或碱性的判断依据是:[H+]和[OH-]的浓度的相对大小。在任意温度时,溶液[H+]>[OH-]时呈酸性,[H+]=[OH-]时呈中性,[H+]<[OH-]时呈碱性。但是,当溶液中[H+]、[OH-]较小时,直接用[H+]、[OH-]的大小关系表示溶液酸碱性强弱就显得很不方便。为了免于用氢离子浓度负幂指数进行计算的繁琐,数学上定义pH为氢离子浓度(不带单位)的常用对数的相反数,即pH=-lg[H+]。在pH的计算中,[H+]指的是溶液中氢离子的物质的量浓度,单位为mol/L。在稀溶液中,氢离子活度约等于氢离子的浓度,可以用氢离子浓度来进行近似计算。

PH的单位(量纲)

由于我们计算pH值的时候,氢离子浓度只代入数值,不代入单位,故pH为无量纲量,没有计量单位(也可以认为单位是"1")。这里需要额外说明的是,不是任何一个量都有计量单位,像pH、pOH、化学平衡常数、电离平衡常数等,都没有计量单位。在计量学中,有一个惯例:如果某个量的定义式带有指数、对数、三角函数等超越函数的运算,则计算时通常只带数值,不带单位,因而,实际上也就不存在诸如lg(mol-1.L)、exp(mol.L-1.s-1)、2min这样的单位。

PH的测定

目前有很多方法用于测定溶液的pH:

使用pH指示剂

在待测溶液中加入pH指示剂,不同的指示剂根据不同的pH会变化颜色,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。

使用pH试纸

pH试纸有广泛试纸和精密试纸,用玻璃棒蘸一点待测溶液到试纸上,然后根据试纸的颜色变化对照标准比色卡可以得到溶液的pH。pH试纸不能够显示出油份的pH,因为pH试纸以氢离子来量度待测溶液的pH,但油中没含有氢离子,因此pH试纸不能够显示出油份的pH。

使用pH计

pH计是一种测定溶液pH的仪器,PH测定仪通过pH选择电极(如玻璃电极)来测定出溶液的pH。pH计可以精确到小数点后两位。

PH的应用

准确表示溶液的pH

在标准温度(25℃)和压力下,pH=7的水溶液(例如:纯水)为中性,这是因为水在标准温度和压力下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)始终是1×10-14,且两种离子的浓度都是1×10-7mol/L。pH小说明H+的浓度大于OH-的浓度,故溶液酸性强;而pH大,则说明H+的浓度小于OH-的浓度,故溶液碱性强。于是,pH愈小,溶液的酸性愈强;pH愈大,溶液的碱性也就愈强。

在25℃时,当pH<7的时候,溶液呈酸性;当pH>7的时候,溶液呈碱性;当pH=7的时候,溶液呈中性。故室温环境下,pH通常是一个介于0和14之间的数(浓硫酸pH约为-2)。但在非水溶液或非标准温度和压力的条件下,pH=7可能并不代表溶液呈中性,这需要通过计算该溶剂在这种条件下的电离常数来决定pH为中性的值

生活中的pH

pH值物质
1~2洗厕精
2~3柠檬、醋
3苹果
3~4橘子
4~5酱油
6西瓜、胡萝卜
6~7牛奶
7~8鸡蛋清
8~9牙膏
10肥皂
11草木灰水
12~13厨房用清洁剂


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