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pH测出来为什么是负值?

时间:2024-11-14      阅读:332

pH是表示酸度的一种方法,酸碱度与溶液的氢离子活度有关。而氢离子活度就是氢离子的有效浓度,常用 mol/L为单位。

早在1909年,丹麦生物化学家索伦森就提出了pH的标度,现在普遍采用的pH定义为氢离子活度的负对数。一般认为pH中的p来自于德文单词potenz, 翻译过来是势力、幂的意思,而且在数学上,常用对数的负值,通常用p表示,其中的H表示氢离子。

由于pH的特殊性,pH的写法只有p小写H大写符合规范,都小写、都大写,或大写P小写h(ph,PH,Ph)等,都是不规范的写法。

虽然氢离子的有效浓度,用摩尔每升为单位,但是取对数以后pH就没有单位了。实际上溶液的氢离子活度是难以直接测量的,现在普遍采用电极法测量,国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)定义了如下公式 : 

pH = pHs + (Es - E) / k

其中,

k为能斯特方程的理论斜率

E为测得的电位差

s表示的是标准溶液的数值

pH会有负值吗?为什么大部分人认为pH测量范围是0-14之间?

最初索伦森对pH的定义,是氢离子浓度的负对数,这种情况下pH的范围可以超过0-14pH。例如,饱和氢氧化钠溶液(NaOH)的浓度为20mol/L左右,按照索伦森的定义进行如下演算,其pH应是15.3左右。

image.png

如果浓盐酸溶液(HCl)的浓度为12mol/L,pH应是-1.08,其计算过程如下:

12mol/L 盐酸溶液的pH计算

(按索伦森的定义)

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

但是在1924年以后,人们发现氢离子活度对溶液的酸碱度影响比浓度更大。一般来说,溶液的浓度越大,离子间的牵制作用越强,活度系数越小,活度与浓度之间的差距越大。请看下面的直方图当氢氧化钠浓度越大时,与活度之间的差值也越大,强酸溶液也有类似的现象。

image.png

随着浓度的增加,活度的变化不再明显,pH变化不再明显。pH的定义也修改成pH是氢离子活度的负对数:pH =  - lg( aH+)。在这种情况下,水溶液的pH值一般在0到14之间,随着工业和科技的发展,pH测量不仅仅限于水溶液了,还扩展到非水领域,那么pH超出0-14范围的情况是存在的,针对这些新的应用,合测实业代理的梅特勒托利多开发的pH仪表其测量范围是:-2到20pH,可以满足客户的更多需求。

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