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氢离子浓度指数
点击次数:2728 发布时间:2013-11-21

pH是1909年由丹麦生物化学家Soren Peter Lauritz Sorensen提出。p来自德语Potenz(means potency,power),意思是浓度、力量,H(hydrogen ion)代表氢离子(H);有时候pH也被写为拉丁文形式的Pondus hydrogenii(Pondus=压强、压力,hydrogen=氢)。

如果某溶液所含氢离子的浓度为每升0.00001摩尔(mol/L),

它的氢离子浓度指数就是5,计算方法为-lg[浓度值]。

与其相反,如果某溶液的氢离子浓度指数为5,他的氢离子浓度为0.00001摩尔每升(mol/L),计算方法为10^(-浓度指数)

氢离子浓度指数(pH值)一般在0-14之间,在常温下(25℃时),当它为7时溶液呈中性,小于7时呈酸性,值越小,酸性越强;大于7时呈碱性,值越大,碱性越强。

当温度升高,中性对应的pH值逐渐减小【当在95℃时,中性对应的pH值=6,pH小于6时呈酸性,值越小,酸性越强;大于6时呈碱性,值越大,碱性越强。此时,在0-12之间。[1]

pH是溶液中氢离子活度的一种标度,也就是通常意义上溶液酸碱程度的衡量标准。pH值越趋向于0表示溶液酸

性越强,反之,越趋向于14表示溶液碱性越强,在常温下,pH=7的溶液为中性溶液。

由于实际中的溶液不是理想溶液,所以仅仅用H+浓度是不可以准确测量的,因此也无法准确计算得到溶液的pH。故而应当采用H+活度,即pH=-lg aH+=-lgγ·cH+。这样从理论上讲只要知道氢离子的活度aH+就可以得到溶液的准确pH。

在常温下(25℃时),pH>7为碱性pH<7为酸性。

积常数

水的电离

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。水的电离受温度影响,加酸加碱都能抑制水的电离。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。实验测得,25℃时1L纯水中只有1×10^(-7)mol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[H+]=[OH-]=1×10^(-7)mol/L.

水的离子积常数:[H+]·[OH-]=K(W),其中K(W)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.K(W)只随温度变化而变化,是温度常数.如25℃,[H+]=[OH-]=1×10^(-7)mol/L,K(W)=1×10^(-14);100℃时,[H+]=[OH-]=1×10^(-6)mol/L,K(W)=1×10^(-12).水的pH值

pH值是水溶液zui重要的理化参数之一。凡涉及水溶液的自然现pH和溶液的酸碱性pH和溶液的酸碱性

象。化学变化以及生产过程都与pH值有关,因此,在工业、农业、医学、环保和科研领域都需要测量pH值。

水的pH值是表示水中氢离子活度的负对数值,表示为:

pH=-lgaH+

pH值有时也称氢离子指数,由于氢离子活度的数值往往很小,在应用上很不方便,所以就用pH值pH试纸pH试纸

这一概念来作为水溶液酸性、碱性的判断指标。而且,氢离子活度的负对数值能够表示出酸性、碱性的变化幅度的数量级的大小,这样应用起来就十分方便,并由此得到:

⑴中性水溶液,pH=7

⑵酸性水溶液,pH<7,pH值越小,表示酸性越强;

⑶碱性水溶液,pH>7,pH值越大,表示碱性越强。

 

 

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,丹麦生物化学家泽伦森(Soernsen)在1909年建议将此不便使用的数值用对数代替,并定义 为"pH"。数学上定义pH为氢离子浓度的常用对数负值,即:pH=-log[H+].

在标准温度(25℃)和压力下,pH=7的水溶液(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^(-7)mol/L。pH值小说明H+的浓度 大于OH-的浓度,故溶液酸性强,而pH值增大则说明H+的浓度小于OH-的浓度,故溶液碱性强。所以pH值愈小,溶液的酸性愈强;pH愈大,溶液的碱性 也就愈强。

通常pH值是一个介于0和14之间的数,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.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。如373K(100℃)的温度下,pH=6为中性溶液。

pH计算

在pH的计算中[H+]指的是溶液中氢离子的物质的量浓度(有时也被写为[H3O+],水合氢离子的物质的量浓度),单位为mol/L(摩尔/升),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测定

有很多方法来测定溶液的pH值: 1.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值会变化颜色,根据指示剂的研究就可以确定pH的范围。滴定时,可以作的pH标准。

2.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,原因是pH试纸以氢铁制成并以氢铁来测定待测溶液的pH值,而油中不含氢铁。

3.使用pH计。pH计是一种测定溶液pH值的仪器,它通过pH选择电极(如玻璃电极)来测定出溶液的pH。pH计可以到小数点后两位。

此外还有许多其他更为先进更为的pH值测算方法和手段。

常见的PH计节选自《水质 PH值的测定 玻璃电极法》[

1 适用范围

1.1 本法适用于饮用水、地面水及工业废水pH值的测定。

1.2 水的颜色、浊度、胶体物质、氧化剂、还原剂及高含盐量均不干扰测定;但在pH<1的强酸性溶液中,会有所谓"酸误差",可按酸度测定;在 pH>10的碱性溶液中,因有大量钠离子存在,产生误差,使读数偏低,通常称为"钠差"。消除"钠差"的方法,除了使用特制的"低钠差"电极外,还 可似选用与被测溶液的pH值相近似的标准缓冲溶液对仪器进行校正。

温度影响电极的电位和水的电离平衡。须注意调节仪器的补偿装置与溶液的温度一致,并使被测样品与校正仪器用的标准缓冲溶液温度误差在±1℃之内。

2 定义

pH是从操作上定义的。对于溶液x,测出伽伐尼电池参比电极1KC1浓溶液H溶液×|H2|pt的电动势EX。将朱知pH(X)的溶液X换成标准pH溶液S,同样测出电池的电动势ES,则

pH(X)=pH(S)+(Es—Ex)F/(RTIn10)

3 原理

pH值由测量电池的电动势而得。该电池通常由饱和甘汞电极为参比电极,玻璃电极为指示电极所组成。在25℃,溶液中每变化1个pH单位,电位差改变为59.16毫伏,据此在仪器上直接以pH的读数表示。温度差异在仪器上有补偿装置。

 

pOH(氢氧根离子浓度指数)是和pH相对应的表示溶液中氢氧根离子活度的概念,定义如下:

当在298K(25℃)的时候,水的离子积Kw = [H][OH]=10^(-14) 因为log Kw = log [H] + log [OH],所以此时pOH=14-pH。

pOH值指的是溶液的碱度,以溶液中OH-(氢氧根离子)浓度来表示 ,与pH所表示的溶液酸度相对应,pOH等于氢氧根离子的浓度的负常用对数,

即:pOH=-lg[OH-].

根据pOH值可以计算出溶液中氢氧根离子的浓度。

25摄氏度的水溶液中,pOH与pH值关系:

pH+pOH=14.0

所以,pH =14.0-pOH

在计算碱性溶液的pH时必须先计算出溶液的 pOH,再根据pH =14.0-pOH计算出溶液的pH值。

 

由pH的定义可知,pH是衡量溶液酸碱性的尺度,在很多方面需要控制溶液的酸碱,这些地方都需要知道溶液的pH值。

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