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pH博士課堂 | 什么是pH？pH測(cè)出來(lái)為什么是負(fù)值？
什么是pH？
pH是表示酸度的一種方法，酸堿度與溶液的氫離子活度有關(guān)。而氫離子活度就是氫離子的有效濃度，常用 mol/L為單位。
早在1909年，丹麥生物化學(xué)家索倫森就提出了pH的標(biāo)度，現(xiàn)在普遍采用的pH定義為氫離子活度的負(fù)對(duì)數(shù)。一般認(rèn)為pH中的p來(lái)自于德文單詞potenz, 翻譯過(guò)來(lái)是勢(shì)力、冪的意思，而且在數(shù)學(xué)上，常用對(duì)數(shù)的負(fù)值，通常用p表示，其中的H表示氫離子。
由于pH的特殊性，pH的寫(xiě)法只有p小寫(xiě)H大寫(xiě)符合規(guī)范，都小寫(xiě)、都大寫(xiě)，或大寫(xiě)P小寫(xiě)h（ph，PH，Ph）等，都是不規(guī)范的寫(xiě)法。
雖然氫離子的有效濃度，用摩爾每升為單位，但是取對(duì)數(shù)以后pH就沒(méi)有單位了。實(shí)際上溶液的氫離子活度是難以直接測(cè)量的，現(xiàn)在普遍采用電極法測(cè)量，國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）定義了如下公式 :
pH = pHs + (Es - E) / k
其中，
k為能斯特方程的理論斜率
E為測(cè)得的電位差
s表示的是標(biāo)準(zhǔn)溶液的數(shù)值
?
pH會(huì)有負(fù)值嗎？為什么大部分人認(rèn)為pH測(cè)量范圍是0-14之間？
最初索倫森對(duì)pH的定義，是氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)，這種情況下pH的范圍可以超過(guò)0-14pH。例如，飽和氫氧化鈉溶液(NaOH)的濃度為20mol/L左右，按照索倫森的定義進(jìn)行如下演算，其pH應(yīng)是15.3左右。
20mol/L 堿的pH計(jì)算（按索倫森的定義）
pH = 14 - pOH
pOH = - lg(cOH-)， 其中c表示濃度
pOH = -lg((20 mol/L)/(1 mol/L)) = -1.3
20mol/L NaOH 的 pH = 14 - (-1.3) = 15.3
如果濃鹽酸溶液(HCl)的濃度為12mol/L，pH應(yīng)是-1.08，其計(jì)算過(guò)程如下：
12mol/L 鹽酸溶液的pH計(jì)算
（按索倫森的定義）
pH = - lg( cH+)
pH = - lg((12 mol/L) / (1 mol/L)) = -1.08
但是在1924年以后，人們發(fā)現(xiàn)氫離子活度對(duì)溶液的酸堿度影響比濃度更大。一般來(lái)說(shuō)，溶液的濃度越大，離子間的牽制作用越強(qiáng)，活度系數(shù)越小，活度與濃度之間的差距越大。請(qǐng)看下面的直方圖當(dāng)氫氧化鈉濃度越大時(shí)，與活度之間的差值也越大，強(qiáng)酸溶液也有類(lèi)似的現(xiàn)象。
隨著濃度的增加，活度的變化不再明顯，pH變化不再明顯。pH的定義也修改成pH是氫離子活度的負(fù)對(duì)數(shù)：pH = - lg( aH+)。在這種情況下，水溶液的pH值一般在0到14之間，隨著工業(yè)和科技的發(fā)展，pH測(cè)量不僅僅限于水溶液了，還擴(kuò)展到非水領(lǐng)域，那么pH超出0-14范圍的情況是存在的，針對(duì)這些新的應(yīng)用，梅特勒托利多開(kāi)發(fā)的pH儀表其測(cè)量范圍是：-2到20pH，可以滿足客戶的更多需求。
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