PH值

氫離子濃度指數(shù)(hydrogen ion concentration)是指溶液中氫離子的總數(shù)和總物質(zhì)的量的比。它的數(shù)值俗稱“pH(發(fā)音：/piet∫/,/pi: eit∫/)值”。表示溶液酸性或堿性程度的數(shù)值，即所含氫離子濃度的常用對數(shù)的負(fù)值。

一、簡介

pH是1909年由丹麥生物化學(xué)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(shí)候pH也被寫為拉丁文形式的Pondus hydrogenii(Pondus=壓強(qiáng)、壓力，hydrogen=氫)。

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(shù)就是5，計(jì)算方法為(-濃度指數(shù))=lg(濃度值)。

與其相反，如果某溶液的氫離子濃度指數(shù)為5，他的氫離子濃度為0.00001摩爾每升(mol/L)，計(jì)算方法為(濃度值)=10^(-濃度指數(shù))

氫離子濃度指數(shù)(pH值)一般在0-14之間，在常溫下(25℃時(shí))，當(dāng)它為7時(shí)溶液呈中性，小于7時(shí)呈酸性，值越小，酸性越強(qiáng);大于7時(shí)呈堿性，值越大，堿性越強(qiáng)。

當(dāng)溫度升高，中性對應(yīng)的pH值逐漸減小【當(dāng)在95℃時(shí)，中性對應(yīng)的pH值=6，pH小于6時(shí)呈酸性，值越小，酸性越強(qiáng);大于6時(shí)呈堿性，值越大，堿性越強(qiáng)。此時(shí)，氫離子濃度指數(shù)在0-12之間。

pH是溶液中氫離子活度的一種標(biāo)度，也就是通常意義上溶液酸堿程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)。pH值越趨向于0表示溶液酸性越強(qiáng)，反之，越趨向于14表示溶液堿性越強(qiáng)，在常溫下，pH=7的溶液為中性溶液。

由于實(shí)際中的溶液不是理想溶液，所以僅僅用H+濃度是不可以準(zhǔn)確測量的，因此也無法準(zhǔn)確計(jì)算得到溶液的pH。故而應(yīng)當(dāng)采用H+活度，即pH=-lg aH+=-lgγ·cH+。這樣從理論上講只要知道氫離子的活度aH+就可以得到溶液的準(zhǔn)確pH。

二、積常數(shù)

為了便于理解和說明pH，首先闡述一下水的電離和水的離子積常數(shù)。

水的電離：水是一種極弱的電解質(zhì)，可以發(fā)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(gè)吸熱過程。水的電離受溫度影響，加酸加堿都能抑制水的電離。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(fā)生。實(shí)驗(yàn)測得，25℃時(shí)1L純水中只有1×10^(-7)mol的水分子發(fā)生電離。由水分子電離出的H+和OH-數(shù)目在任何情況下總相等。25℃時(shí)，純水中[H+]=[OH-]=1×10^(-7)mol/L.

水的離子積常數(shù)：[H+]·[OH-]=K(W)，其中K(W)稱作水的離子積常數(shù)，簡稱水的離子積;[H+]和[OH-]是分別是指整個(gè)溶液中氫離子和氫氧根離子的總物質(zhì)的量濃度.K(W)只隨溫度變化而變化，是溫度常數(shù).如25℃，[H+]=[OH-]=1×10^(-7)mol/L,K(W)=1×10^(-14);100℃時(shí)，[H+]=[OH-]=1×10^(-6)mol/L,K(W)=1×10^(-12).

三、水的pH值

pH值是水溶液最重要的理化參數(shù)之一。凡涉及水溶液的自然現(xiàn)象、化學(xué)變化以及生產(chǎn)過程都與pH值有關(guān)，因此，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、環(huán)保和科研領(lǐng)域都需要測量pH值。

水的pH值是表示水中氫離子活度的負(fù)對數(shù)值，表示為：pH=-lg[H+]

pH值有時(shí)也稱氫離子指數(shù)，由于氫離子活度的數(shù)值往往很小，在應(yīng)用上很不方便，所以就用pH值這一概念來作為水溶液酸性、堿性的判斷指標(biāo)。而且，氫離子活度的負(fù)對數(shù)值能夠表示出酸性、堿性的變化幅度的數(shù)量級(jí)的大小，這樣應(yīng)用起來就十分方便，并由此得到(在25℃下)：

⑴中性水溶液，pH=7

⑵酸性水溶液，pH<7，pH值越小，表示酸性越強(qiáng);

⑶堿性水溶液，pH>7，pH值越大，表示堿性越強(qiáng)。

四、溶液pH

含義

溶液酸性、中性或堿性的判斷依據(jù)是：[H+]和[OH-]的濃度的相對大小.在任意溫度時(shí)溶液[H+]>[OH-]時(shí)呈酸性，[H+]=[OH-]時(shí)呈中性，[H+]<[OH-]時(shí)呈堿性.但當(dāng)溶液中[H+]、[OH-]較小時(shí)，直接用[H+]、[OH-]的大小關(guān)系表示溶液酸堿性強(qiáng)弱就顯得很不方便.為了免于用氫離子濃度負(fù)冪指數(shù)進(jìn)行計(jì)算的繁瑣，丹麥生物化學(xué)家澤倫森(Soernsen)在1909年建議將此不便使用的數(shù)值用對數(shù)代替，并定義為"pH"。數(shù)學(xué)上定義pH為氫離子濃度的常用對數(shù)負(fù)值，即：pH=-lg[H+].

在標(biāo)準(zhǔn)溫度(25℃)和壓力下，pH=7的水溶液(如：純水)為中性，這是因?yàn)樗跇?biāo)準(zhǔn)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(shù))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+的濃度大于OH-的濃度，故溶液酸性強(qiáng)，而pH值增大則說明H+的濃度小于OH-的濃度，故溶液堿性強(qiáng)。所以pH值愈小，溶液的酸性愈強(qiáng);pH愈大，溶液的堿性也就愈強(qiáng)。

通常pH值是一個(gè)介于0和14之間的數(shù)，當(dāng)pH<7的時(shí)候，溶液呈酸性，當(dāng)pH>7的時(shí)候，溶液呈堿性，當(dāng)pH=7的時(shí)候，溶液呈中性.但在非水溶液或非標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算該溶劑在這種條件下的電離常數(shù)來決定pH為中性的值。如373K(100℃)的溫度下，pH=6為中性溶液。

pH計(jì)算

在pH的計(jì)算中[H+]指的是溶液中氫離子的物質(zhì)的量濃度(有時(shí)也被寫為[H3O+]，水合氫離子的物質(zhì)的量濃度)，單位為mol/L(摩爾/升)，在稀溶液中，氫離子活度約等于氫離子的濃度，可以用氫離子濃度來進(jìn)行近似計(jì)算。

pH測定

有很多方法來測定溶液的pH值：

1.使用pH指示劑。在待測溶液中加入pH指示劑，不同的指示劑根據(jù)不同的pH值會(huì)變化顏色，根據(jù)指示劑的研究就可以確定pH的范圍。滴定時(shí)，可以作精確的pH標(biāo)準(zhǔn)。

2.使用pH試紙。pH試紙有廣泛試紙和精密試紙，用玻璃棒蘸一點(diǎn)待測溶液到試紙上，然后根據(jù)試紙的顏色變化對照標(biāo)準(zhǔn)比色卡可以得到溶液的pH。pH試紙不能夠顯示出油份的pH值，因?yàn)閜H試紙以氫離子來量度待測溶液的pH值，但油中沒含有氫離子，因此pH試紙不能夠顯示出油份的pH值。

3.使用pH計(jì)。pH計(jì)是一種測定溶液pH值的儀器，它通過pH選擇電極(如玻璃電極)來測定出溶液的pH。pH計(jì)可以精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位。

此外還有許多其他更為先進(jìn)更為精確的pH值測算方法和手段。

節(jié)選自《水質(zhì) PH值的測定 玻璃電極法》

1 適用范圍

1.1 本法適用于飲用水、地面水及工業(yè)廢水pH值的測定。

1.2 水的顏色、濁度、膠體物質(zhì)、氧化劑、還原劑及高含鹽量均不干擾測定;但在pH<1的強(qiáng)酸性溶液中，會(huì)有所謂"酸誤差"，可按酸度測定;在pH>10的堿性溶液中，因有大量鈉離子存在，產(chǎn)生誤差，使讀數(shù)偏低，通常稱為"鈉差"。消除"鈉差"的方法，除了使用特制的"低鈉差"電極外，還可似選用與被測溶液的pH值相近似的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液對儀器進(jìn)行校正。

溫度影響電極的電位和水的電離平衡。須注意調(diào)節(jié)儀器的補(bǔ)償裝置與溶液的溫度一致，并使被測樣品與校正儀器用的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液溫度誤差在±1℃之內(nèi)。

2 定義

pH是從操作上定義的。對于溶液x，測出伽伐尼電池參比電極1KC1濃溶液H溶液×|H2|pt的電動(dòng)勢EX。將未知pH(X)的溶液X換成標(biāo)準(zhǔn)pH溶液S，同樣測出電池的電動(dòng)勢ES，則pH(X)=pH(S)+(Es—Ex)F/(RTIn10)

3 原理

pH值由測量電池的電動(dòng)勢而得。該電池通常由飽和甘汞電極為參比電極，玻璃電極為指示電極所組成。在25℃，溶液中每變化1個(gè)pH單位，電位差改變?yōu)?9.16毫伏，據(jù)此在儀器上直接以pH的讀數(shù)表示。溫度差異在儀器上有補(bǔ)償裝置。

五、pOH

pOH(氫氧根離子濃度指數(shù))是和pH相對應(yīng)的表示溶液中氫氧根離子活度的概念，定義如下：

當(dāng)在298K(25℃)的時(shí)候，水的離子積Kw = [H][OH]=10^(-14) 因?yàn)閘og Kw = log [H] + log [OH]，所以此時(shí)pOH=14-pH。

pOH值指的是溶液的堿度，以溶液中OH-(氫氧根離子)濃度來表示 ，與pH所表示的溶液酸度相對應(yīng)，pOH等于氫氧根離子的濃度的負(fù)常用對數(shù)，

即：pOH=-lg[OH-].

根據(jù)pOH值可以計(jì)算出溶液中氫氧根離子的濃度。

25攝氏度的水溶液中，pOH與pH值關(guān)系：

pH+pOH=14.0

所以，pH =14.0-pOH

在計(jì)算堿性溶液的pH時(shí)必須先計(jì)算出溶液的 pOH，再根據(jù)pH =14.0-pOH計(jì)算出溶液的pH值。

六、應(yīng)用

由pH的定義可知，pH是衡量溶液酸堿性的尺度，在很多方面需要控制溶液的酸堿，這些地方都需要知道溶液的pH值。