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pH測(cè)出來(lái)為什么是負(fù)值?

更新時(shí)間:2024-11-14   點(diǎn)擊次數(shù):355次

pH是表示酸度的一種方法,酸堿度與溶液的氫離子活度有關(guān)。而氫離子活度就是氫離子的有效濃度,常用 mol/L為單位。

早在1909年,丹麥生物化學(xué)家索倫森就提出了pH的標(biāo)度,現(xiàn)在普遍采用的pH定義為氫離子活度的負(fù)對(duì)數(shù)。一般認(rèn)為pH中的p來(lái)自于德文單詞potenz, 翻譯過(guò)來(lái)是勢(shì)力、冪的意思,而且在數(shù)學(xué)上,常用對(duì)數(shù)的負(fù)值,通常用p表示,其中的H表示氫離子。

由于pH的特殊性,pH的寫法只有p小寫H大寫符合規(guī)范,都小寫、都大寫,或大寫P小寫h(ph,PH,Ph)等,都是不規(guī)范的寫法。

雖然氫離子的有效濃度,用摩爾每升為單位,但是取對(duì)數(shù)以后pH就沒有單位了。實(shí)際上溶液的氫離子活度是難以直接測(cè)量的,現(xiàn)在普遍采用電極法測(cè)量,國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)定義了如下公式 : 

pH = pHs + (Es - E) / k

其中,

k為能斯特方程的理論斜率

E為測(cè)得的電位差

s表示的是標(biāo)準(zhǔn)溶液的數(shù)值

pH會(huì)有負(fù)值嗎?為什么大部分人認(rèn)為pH測(cè)量范圍是0-14之間?

最初索倫森對(duì)pH的定義,是氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù),這種情況下pH的范圍可以超過(guò)0-14pH。例如,飽和氫氧化鈉溶液(NaOH)的濃度為20mol/L左右,按照索倫森的定義進(jìn)行如下演算,其pH應(yīng)是15.3左右。

image.png

如果濃鹽酸溶液(HCl)的濃度為12mol/L,pH應(yīng)是-1.08,其計(jì)算過(guò)程如下:

12mol/L 鹽酸溶液的pH計(jì)算

(按索倫森的定義)

pH =  - lg( cH+)pH = - lg((12 mol/L) / (1 mol/L)) = -1.08

但是在1924年以后,人們發(fā)現(xiàn)氫離子活度對(duì)溶液的酸堿度影響比濃度更大。一般來(lái)說(shuō),溶液的濃度越大,離子間的牽制作用越強(qiáng),活度系數(shù)越小,活度與濃度之間的差距越大。請(qǐng)看下面的直方圖當(dāng)氫氧化鈉濃度越大時(shí),與活度之間的差值也越大,強(qiáng)酸溶液也有類似的現(xiàn)象。

image.png

隨著濃度的增加,活度的變化不再明顯,pH變化不再明顯。pH的定義也修改成pH是氫離子活度的負(fù)對(duì)數(shù):pH =  - lg( aH+)。在這種情況下,水溶液的pH值一般在0到14之間,隨著工業(yè)和科技的發(fā)展,pH測(cè)量不僅僅限于水溶液了,還擴(kuò)展到非水領(lǐng)域,那么pH超出0-14范圍的情況是存在的,針對(duì)這些新的應(yīng)用,合測(cè)實(shí)業(yè)代理的梅特勒托利多開發(fā)的pH儀表其測(cè)量范圍是:-2到20pH,可以滿足客戶的更多需求。

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