水的ph值是什么(测量水质ph参数的意义)

 2022-10-30 08:09:42    32  

水的ph值是什么(测量水质ph参数的意义)

我们知道水是pH为7的中性溶液,另外,任何酸性溶液的pH都小于7,碱性溶液的pH大于7。

然而,这些数字是什么或者它们想告诉我们什么?溶液的pH只能在0到14之间吗,还是有可能超出这个范围?

pH的计算

pH是用来确定一种物质是酸性或碱性的,并用来计算一种化学物质的强度。pH是一个从1到14的数字,对于大多数常见的化学物质,越接近表示越显中性。

水的ph值是什么(测量水质ph参数的意义)

7以下的值是酸度的指标,随着数值的减少而酸度增加,而7以上的值是碱度的指标,随着数值的增加而碱性增加。

值得注意的是,pH并不是线性的,换句话说,pH为3的酸,其强度不是pH为6的酸的两倍。

需要理解的一个重要区别是pH是一个对数刻度。pH的正式定义表明,pH只是在给定溶剂中氢离子活性的一种度量。

这里的活性表示它们的运动是自由的,只有当化学物质电离,从而将离子释放到溶液中时才有可能,而计算pH的公式是这样的: pH= -lg[H+](氢离子,没法输入上标)。

这是一个以10为底的对数方程。在这个范围内,pH为3的物质的酸性是pH为4的物质的10倍,pH为5的物质的100倍。

同样,pH为9的物质的碱性是pH为8的物质的10倍,是pH为6的物质的碱性的1000倍。

水的ph值是什么(测量水质ph参数的意义)

图为:丹麦化学家索伦·佩德·劳里茨

pH中的p代表什么?

pH发现背后的故事非常有趣,pH的概念最初是由一位名叫索伦·佩德·劳里茨(Soren Peter Lauritz)的化学家提出的,他在丹麦哥本哈根的嘉士伯实验室工作。第一次提到这个词是这样的(pH),这个H是小p的下标,这里没法输入。

当H代表氢离子浓度时,整个概念就围绕着它旋转,而p的确切含义则备受争议。这个量表基本上是通过计算10的负幂来测量不同解之间的电位差。

这两个词——“力量(power)”和“潜力(potential)”——都以p开头,这三种语言(法语、德语和丹麦语)都是索伦使用并发表其研究成果的语言。

鉴于这种模糊性,p的意义仍然是化学领域最大的谜团之一,尽管对这个概念本身并不是很重要。

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pH可以在0-14范围之外吗?

从理论上讲,pH范围应该从负无穷到正无穷。这种说法是根据它的定义,即物质的pH是氢离子浓度的负对数所定义的值。

然而,在标准实验室中能找到的大多数溶液pH都在0-14之间,这是因为,要达到pH低于0或高于14的水平,就分别需要非常强的酸性或碱性溶液。

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根据摩尔浓度,饱和氢氧化钠溶液(NaOH)的pH应该是15。然而,由于水的存在,这种化学物质将不能完全溶解,因为水会阻碍大分子的溶解(分解)。

这反过来就会导致氢氧根离子(OH-)的释放下降,而氢氧根离子是一种能吸收氢离子的离子,可以增加溶液的pH。

pH可能为负吗?

pH为负绝对是可能的。实际上,任何酸的摩尔浓度大于1时,其pH为负。然而,一种酸的pH是否为负并不能在实验室中得到有效的验证。

为了更好地理解这一点,考虑一个12M的盐酸溶液(HCL)。这种化学物质的pH应该是-1.08,比标准pH高一个单位,但是我们不能用任何已知的仪器来测量它。

水的ph值是什么(测量水质ph参数的意义)

石蕊试纸(测量pH最常用的方法)只显示pH是高于还是低于7。因此,pH计是确定实际值所必需的。

然而,即使是pH玻璃电极在这种极端的测量中也会失败,原因是一种叫做酸误差的东西(因为酸度高,氢离子活度偏低,所以pH偏高,产生酸差。),这使得即使是这些非常先进的设备也会测量出高于真实值的pH。

即使我们提高这些工具的效率并达到完美(这似乎几乎是不可能的),仍然有最后一个问题——有效浓度。

水的ph值是什么(测量水质ph参数的意义)

什么是有效浓度?

强酸在水中永远不会完全分解,并释放出使仪器仪表显示负值所需的氢离子。

强调这个问题的是氢离子的有效浓度,它总是低于真实浓度,因为在强酸和浓酸溶液中,单位酸中的水很少。

水有助于分解酸,在这个过程中释放氢离子,这是因为水是偶极分子,会产生净有效偶极运动。

然而,在没有水的情况下,酸分子不会像它们应该分解的那样分解,这使得基于它们的摩尔浓度,酸碱度比我们预期的要高得多。

水的ph值是什么(测量水质ph参数的意义)

图为:生活中的物质pH-来源网络

最后

总之,pH确实有可能超出常规的0-14范围。但由于仪器和溶液本身的各种限制,pH并不是一个有效的测量值。对于高浓度溶液的标签,必须直接使用浓度,如摩尔浓度。

从一个简单的角度来看,pH的作用是将极少量的氢离子浓度带到一个更直观的数值范围,但随着浓度的增加,这种做法失去了价值,反而会适得其反。

希望,随着时间的推移,会有一些修改,可以提高极端测量的效率和准确性。

毕竟,pH是化学世界中最有名和最有用的概念之一,在科学领域,准确性是至关重要的!

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