pH,亦稱 pH值、氫離子濃度指數(shù)、酸堿值,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)。
這個(gè)概念是1909年由丹麥生物化學(xué)家瑟倫·索倫森提出的。
他于1868年1月9日于丹麥,一開始在哥本哈根主修醫(yī)學(xué),后轉(zhuǎn)修化學(xué),并在1899年獲得博士學(xué)位。在瑟倫擔(dān)任嘉士實(shí)驗(yàn)室主任期間,他發(fā)明了索倫森甲醛滴定法,1909年他發(fā)表論文,引入了PH值作為顯示離子濃度對(duì)蛋白質(zhì)影響的簡(jiǎn)單方法。他創(chuàng)造的PH值是衡量溶液酸堿度的重要標(biāo)尺,在農(nóng)業(yè)、化工、醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域都有廣泛用途。
“pH”中的“H”代表氫離子(H+),而“p”的來源則有幾種說法。
第一種稱p代表德語“potenz”,意思是力度、強(qiáng)度;
第二種稱pH代表拉丁文“pondus hydrogenii”,即“氫的量”;
第三種認(rèn)為p只是索倫森隨意選定的符號(hào),因?yàn)樗灿昧藂。
現(xiàn)今的化學(xué)界把p加在無量綱量前面表示該量的負(fù)對(duì)數(shù)。
通常情況下(25℃、298.15K),當(dāng)pH小于7的時(shí)候,溶液呈酸性,當(dāng)pH大于7的時(shí)候,溶液呈堿性,當(dāng)pH等于7的時(shí)候,溶液為中性。
pH允許小于0,如鹽酸(10 mol/L)的pH為?1。
同樣,pH也允許大于14,如氫氧化鈉(10 mol/L)的pH為15.00。
所以,我們大可以認(rèn)為,pH就是反應(yīng)溶液中氫離子濃度的一個(gè)指標(biāo)。
pH的計(jì)算公式如下:
其中[H+]指的是溶液中氫離子的活度(有時(shí)也被寫為[H3O+],水合氫離子活度),單位為莫耳/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。
在25°C下,pH=7的水溶液(如:純水)為中性,這是因?yàn)樗?5°C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?7mol/L。pH小于7說明H+的濃度大于OH?的濃度,故溶液酸性強(qiáng),而pH大于7則說明H+的濃度小于OH?的濃度,故溶液堿性強(qiáng)。所以pH愈小,溶液的酸性愈強(qiáng);pH愈大,溶液的堿性也就愈強(qiáng)。
在非水溶液或25°C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,水的離子積常數(shù)為5.5×10?13,即pH約為6.13,此時(shí)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(cè)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:
這樣從理論上講只要知道氫離子的活度a(H+)就可以得到溶液的準(zhǔn)確pH。
于是人們給pH下了一個(gè)操作定義。對(duì)于溶液X,測(cè)量下列伽伏尼電池(伏打電池)的電動(dòng)勢(shì)Ex:
參比電極 | KCl濃溶液 || 溶液X | H2 | Pt
將未知pH的溶液X換成已知pH的溶液S,同樣測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)Es。則:
式中F為法拉第常數(shù), R為摩爾氣體常數(shù), T為熱力學(xué)溫度。 因此可以通過測(cè)定未知溶液與標(biāo)準(zhǔn)溶液的電動(dòng)勢(shì)就可以計(jì)算出未知溶液的pH。
為此IUPAC規(guī)定了一些標(biāo)準(zhǔn)溶液的pH。
通過上文我們了解了pH的定義,來自于100多年前科學(xué)家們留給人類的財(cái)富。
同時(shí)也知道pH與一種伏打電池的電動(dòng)勢(shì)具有關(guān)聯(lián)性,這樣我們可以設(shè)計(jì)出一種儀表,來指示溶液的pH。
那么還有一個(gè)小問題?表示溶液酸堿性的指標(biāo),下面那種書寫是正確的呢?
A:PH
B:ph
C:Ph
D:pH