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pH值
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鹼 |
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pH，亦称pH值、氢离子浓度指数、酸鹼值[1]、[离巠]（音ㄌㄧㄥˊ）標值[2]，是溶液中氢离子活度的一种标度，也就是通常意义上溶液酸碱程度的衡量标准。这个概念是1909年由丹麦生物化学家瑟倫·索倫森提出的。「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代表德语「Potenz」，意思是力度、強度；第二種稱pH代表拉丁文「pondus hydrogenii」，即「氫的量」；第三種認為p只是索倫森随意选定的符号，因为他也用了q。现今的化学界把p加在无量纲量前面表示该量的负对数。
通常情况下（25℃、298K左右），当pH小于7的时候，溶液呈酸性，当pH大于7的时候，溶液呈碱性，当pH等于7的时候，溶液为中性。
pH允许小于0，如鹽酸（10 mol/L）的pH为−1。同样，pH也允许大于14，如氫氧化鈉（10 mol/L）的pH为15。
目录
1 定義
2 测量
3 pOH
4 应用
5 参见
6 参考
7 延伸閱讀
8 外部連接
定義
| 物質 | pH |
|---|---|
| （酸性） | |
鹽酸（10 mol/L) | -1.00 |
鹽酸（1 mol/L） | 0.00 |
鉛酸蓄電池的酸液 | 1.00 |
鹽酸（0.083 mol/L） | 1.08 |
| 胃酸 | 1.20 |
檸檬汁 | 2.40 |
| 可樂 | 2.50 |
| 食醋 | 2.90 |
橙汁 | 3.50 |
蘋果汁 | 4.00 |
| 啤酒 | 4.50 |
| 咖啡 | 5.00 |
| 茶 | 5.50 |
| 酸雨 | < 5.60 |
| 牛奶 | 6.50 |
| 純水，氯化钠溶液 | 7.00（中性） |
人类血液 | 7.34 - 7.45 |
| 海水 | 8.00 |
| 洗手皂 | 9.00 - 10.0 |
| 家用氨水除垢劑 | 11.5 |
| 漂白水（次氯酸鈉） | 12.5 |
| 家用氫氧化鈉 | 13.5 |
氫氧化鈉（1 mol/L） | 14.0 |
氫氧化鈉（10 mol/L） | 15.0 |
| （鹼性） |
pH的計算公式如下：
- pH=−log10[H+]=log101[H+]{displaystyle {mbox{pH}}=-log _{10}left[{mbox{H}}^{+}right]=log _{10}{frac {1}{left[{mbox{H}}^{+}right]}}}
![{mbox{pH}}=-log _{{10}}left[{mbox{H}}^{+}right]=log _{{10}}{frac {1}{left[{mbox{H}}^{+}right]}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9236078cc5b31defafb1f56dd0d8ac8ca26bbc98)
其中[H+]指的是溶液中氫離子的活度（有時也被寫為[H3O+]，水合氫離子活度），單位為摩尔／升，在稀溶液中，氫離子活度約等於氫離子的濃度，可以用氫離子濃度來進行近似計算。
在標準溫度和壓力下，pH=7的水溶液（如：純水）為中性，這是因為水在標準溫度和壓力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）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+的濃度大於OH−的濃度，故溶液酸性強，而pH大于7則說明H+的濃度小於OH−的濃度，故溶液鹼性強。所以pH愈小，溶液的酸性愈強；pH愈大，溶液的鹼性也就愈強。
在非水溶液或非標準溫度和壓力的條件下，pH=7可能並不代表溶液呈中性，這需要通過計算該溶劑在這種條件下的電離常數來決定pH為中性的值。如373K（100℃）的溫度下，水的离子积常数为5.5×10−14，即pH约为6.13，此时為中性溶液。
由于实际中的溶液不是理想溶液，所以仅仅用H+浓度是不可以准确测量的，因此也无法准确计算得到溶液的pH。故而应当采用H+活度，即
- pH=−log10(aH+)=log10(1aH+){displaystyle mathrm {pH} =-log _{10}(a{H}^{+})=log _{10}left({frac {1}{a{H}^{+}}}right)}
这样从理论上讲只要知道氢离子的活度a(H+)就可以得到溶液的准确pH。[3]
于是人们给pH下了一个操作定义。[4]对于溶液X，测量下列伽伏尼电池的电动势Ex：
- 参比电极 | KCl浓溶液 || 溶液X | H2 | Pt
将未知pH的溶液X换成已知pH的溶液S，同样测量电池的电动势Es。则
- pH(X)=pH(S)+(ES−EX)FRTln(10){displaystyle {text{pH(X)}}={text{pH(S)}}+{frac {(E_{text{S}}-E_{text{X}})F}{RTln(10)}}}
式中F为法拉第常数，R为摩尔气体常数，T为热力学温度。
因此可以通过测定未知溶液与标准溶液的电动势就可以计算出未知溶液的pH。为此IUPAC规定了一些标准溶液的pH。[5]
测量
有很多方法来测量溶液的pH：
- 在待测溶液中加入pH指示剂，不同的指示剂根据不同的pH会变化颜色，根据指示剂的研究就可以确定pH的范围。滴定时，可以作精确的pH标准。此外，有多种pH指示剂配制而成的pH试剂。
- 使用pH试纸，pH试纸有广泛试纸和精密试纸，用玻棒沾一点待测溶液到试纸上，然后根据试纸的颜色变化并对照比色卡也可以得到溶液的pH。上方的表格就相当于一张比色卡。
pH试纸不能夠顯示出油份的pH，由於pH试纸以氫離子來量度待测溶液的pH，但油中沒含有氫離子，因此pH试纸不能夠顯示出油份的pH。
- 使用pH计，pH计是一种测量溶液pH的仪器，它通过pH选择电极（如玻璃电极）来测量出溶液的pH。pH计可以精确到小数点后三位。
pOH
pOH（氢氧根离子浓度指数）是和pH相对应的表示溶液中氢氧根离子活度的概念，定义如下：
- pOH=−log10[OH−]{displaystyle {mbox{pOH}}=-log _{10}left[{mbox{OH}}^{-}right]}
![{mbox{pOH}}=-log _{{10}}left[{mbox{OH}}^{-}right]](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/61f42f89e55703d3d9e7fcdbd19085af58a78fd7)
当在298K（25℃）的时候，水的离子积Kw=[H+][OH−]=10−14{displaystyle {mbox{K}}_{mbox{w}}=[{mbox{H}}^{+}][{mbox{OH}}^{-}]=10^{-14}}![mbox{K}_{mbox{w}}=[mbox{H}^{+}][mbox{OH}^{-}]=10^{-14}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f89e4278edd3609fe5925562c3896674fa27044a)
![log {mbox{K}}_{w}=log [mbox{H}^+]+log [mbox{OH}^{-}]](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a780b2fa9055f1b3b79450f6353e2fcbf8cd79ce)
应用
| 組織或物質 | pH |
|---|---|
| 胃酸 | 1 |
| 溶酶體 | 4.5 |
嗜鉻細胞顆粒 | 5.5 |
| 人類皮膚 | 5.5 |
| 尿 | 6.0 |
| 37 °C下的純水 | 6.81 |
| 細胞質 | 7.2 |
腦脊液（CSF） | 7.5 |
| 血液 | 7.34–7.45 |
| 線粒體基質 | 8.0 |
胰腺分泌物 | 8.1 |
由pH的定义可知，pH是衡量溶液酸碱性的尺度，在很多方面需要控制溶液的酸碱，这些地方都需要知道溶液的pH：
- 医学上：人体血液的pH通常在7.35-7.45之间，如果发生波动，就是病理现象。唾液的pH也用于判断病情。
- 化学和化工上：很多化学反应需要在特定的pH下进行，否则得不到所期望的产物。
- 农业上：很多植物有喜歡酸性土壤或碱性土壤的习性，例如茶的种植。控制土壤的pH可以使种植的植物生长的更好。
参见
- 酸
- 碱
酸度—另一种酸碱度的标度- pH指示劑
- 酸度系数
参考
^ 高立出版集團 -- 普通化學實驗(彩色版)
^ 高雄市立高雄高級中學化學科研究. 高中基礎化學(二) 第一章 常見的化學反應. : 14 （中文（台灣））. 使用|accessdate=需要含有|url=(帮助)
^ http://www.xieshil.com/post/48714.htm pH的操作定义
^ 中华人民共和国国家标准 物理化学和分子物理学的量和单位 GB3102.8-1993 附录C
^ IUPAC, Definition of pH Scales, Standard Reference Values, Measurement of pH and Related Terminology, Pure Appl Chem, 57（1985）, 531-542
延伸閱讀
- Online pH Calculator
外部連接
 | 维基共享资源中相关的多媒体资源：PH值 |
- The pH Scale
- Chem1 Virtual Textbook, Acid-base Equilibria and Calculations
- Red Cabbage pH Indicator
- Food and Foodstuff – pH Values
- Online pH Calculator for about 100 inorganic Acids, Bases, and Salts
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