pH博士课堂 | 什么是pH？pH测出来为什么是负值？
时间：2024-11-05 阅读：293
什么是pH？
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。
20mol/L 碱的pH计算（按索伦森的定义）
pH = 14 - pOH
pOH = - lg(cOH-)， 其中c表示浓度
pOH = -lg((20 mol/L)/(1 mol/L)) = -1.3
20mol/L NaOH 的 pH = 14 - (-1.3) = 15.3
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。
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，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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