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pH值

通常情况下(25、298K左右),当pH小于7的时候,溶液呈酸性,当pH大于7的时候,溶液呈碱性,当pH等于7的时候,溶液

pH允许小于0,如盐酸(10 mol/L)的pH为−1。同样,pH也允许大于14,如氢氧化钠(10 mol/L)的pH为15。

注意:pH试纸不能读小数。

定义

一些常见物质的pH(均保留2位有效数字)
物质 pH
酸性
盐酸(10 mol/L) -1.00
盐酸(1 mol/L) 0.00
铅酸蓄电池的酸液 1.00
盐酸(0.08 mol/L) 1.11
胃酸 1.20
盐酸(0.01 mol/L) 2.00
柠檬 2.40
可乐 2.50
食醋 3.00
3.20
苹果 3.50
啤酒 3.90
酸雨 4.50
咖啡 5.10
5.70
牛奶 6.50
氯化钠溶液 7.00(中性
人类血液 7.30 - 7.50
海水 8.00
洗手 8.90 - 10.10
家用氨水除垢剂 11.50
漂白水(次氯酸钠) 12.50
家用氢氧化钠 13.5
氢氧化钠(1 mol/L) 14.00
氢氧化钠(10 mol/L) 15.00
氢氧化钠(100 mol/L) 16.00 碱性

pH的计算公式如下:

其中[H+]指的是溶液中氢离子的活度(有时也被写为[H3O+],水合氢离子活度),单位为摩尔,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。

在25°C下,pH=7的水溶液(如:纯)为中性,这是因为水在25°C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小于7说明H+的浓度大于OH的浓度,故溶液酸性强,而pH大于7则说明H+的浓度小于OH的浓度,故溶液碱性强。所以pH愈小,溶液的酸性愈强;pH愈大,溶液的碱性也就愈强。

在非水溶液或25°C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,水的离子积常数为5.5×10−13,即pH约为6.13,此时为中性溶液。 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

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。[1]

于是人们给pH下了一个操作定义。[2]对于溶液X,测量下列伽伏尼电池的电动势Ex:

参比电极 | KCl浓溶液 || 溶液X | H2 | Pt

将未知pH的溶液X换成已知pH的溶液S,同样测量电池的电动势Es。则

式中F为法拉第常数,为摩尔气体常数,为热力学温度。 因此可以通过测定未知溶液与标准溶液的电动势就可以计算出未知溶液的pH。为此IUPAC规定了一些标准溶液的pH。[3]

测量

有很多方法来测量溶液的pH:

  • 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。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,然后根据试纸的颜色变化并对照比色卡也可以得到溶液的pH。上方的表格就相当于一张比色卡。
    • pH试纸不能够显示出油份的pH,由于pH试纸以离子来量度待测溶液的pH,但油中没含有离子,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计可以精确到小数点后三位。

pOH

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,因为,所以此时pOH=14-pH,pH和pOH之和为14。

应用

生物系统中的pH
组织或物质 pH
胃酸 1
溶酶体 4.5
嗜铬细胞英语Chromaffin cell颗粒 5.5
人类皮肤 5.5
尿 6.0
37 °C下的纯水 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:

  • 医学上:人体血液的pH通常在7.35-7.45之间,如果发生波动,就是病理现象。唾液的pH也用于判断病情。
  • 化学和化工上:很多化学反应需要在特定的pH下进行,否则得不到所期望的产物。
  • 农业上:很多植物有喜欢酸性土壤或碱性土壤的习性,例如的种植。控制土壤的pH可以使种植的植物生长的更好。

参见

参考

  1. ^ 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
  2. ^ 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
  3. ^ 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

外部链接


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