pH值,亦稱為氫離子的濃度、酸鹼值,是溶液中氫離子活性的一種指標,也就是通常意義上溶液酸鹼程度的衡量標準。這個概念是1909年由丹麥生物化學家Søren Peter Lauritz Sørensen提出。p代表德語Potenz,意思是力量或濃度,H代表氫離子(H+)。有時候pH也被寫為拉丁文形式的pondus hydrogenii。
通常情況下(25℃、298K左右),當pH<7的時候,溶液呈酸性,當pH>7的時候,溶液呈堿性,當pH=7的時候,溶液為中性。
2.定義
pH值的計算公式如下:.png)
其中[H+]指的是溶液中氫離子的活性(有時也被寫為[H3O+],水合氫離子活性),單位為莫耳/升,在稀溶液中,氫離子活性約等于氫離子的濃度,可以用氫離子濃度來進行近似計算。
在標準溫度和壓力下,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(水的離子積積常數)始終是1×10-14,且兩種離子的濃度都是1×10-7mol/L。pH值小于7說明H+的濃度大于OH-的濃度,故溶液酸性強,而pH值大于7則說明H+的濃度小于OH-的濃度,故溶液堿性強。所以pH值愈小,溶液的酸性愈強;pH愈大,溶液的堿性也就愈強。
在非水溶液或非標準溫度和壓力的條件下,pH=7可能并不代表溶液呈中性,這需要通過計算該溶劑在這種條件下的電離常數來決定pH為中性的值。如373K(100℃)的溫度下,pH=6為中性溶液。
3.量測
有很多方法來測量溶液的pH值:
◎ 在待測溶液中加入pH指示劑,不同的指示劑根據不同的pH值會變化顏色,根據指示劑的研究就可以確定pH值的范圍。滴定時,可以作精確的pH標準。
◎ 使用pH試紙,pH試紙有廣泛試紙和精密試紙,用玻棒澆一點待測溶液到試紙上,然后根據試紙的顏色變化并對照比色卡也可以得到溶液的pH值。下方的表格就相當于一張比色卡。
◎ 使用pH計,pH計是一種測量溶液pH值的儀器,它透過pH選擇電極(如玻璃電極)來測量出溶液的pH值。pH計可以精確到小數點后兩位,也因為數字化之關系,可以進行控制及傳輸之功能。
◎ pH試紙不能夠顯示示出油份的pH值,由于pH試紙以氫鐵制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值。
pH值測定之方程式:
由于以pH計進行氫離子濃度,是利用氫離子對于電極產生刺激,進而產生電位,再經過計算而得到pH值,而所依據之計算方程式為Nernst equation。
Nernst equation:
E=E0+2.3 (RT/nF) log a H+ 或
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E:PH電極電位
E0:零點電位(PH=7.00之電位)
R:氣體常數(8.314472 J/(K×mol)
T:凱式溫度(273.15+ T°C.)
N:離子數(H+以n=1)
F:法拉第常數(9.6485309×104 C mol-1)
以PH=6.00為例,在 25℃下,其PH之電位值為
E=0+2.3×(8.314472×(273.15+25))/1×9.6485309×104×log(10-6/10-7)
E=0.05909 V
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