怎麼判斷各種物質的ph值（既然有pH為0到14範圍外的物質）

2023-10-23 03:42:18

我們知道水是pH為7的中性溶液，另外，任何酸性溶液的pH都小於7，鹼性溶液的pH大於7。

然而，這些數字是什麼或者它們想告訴我們什麼？溶液的pH只能在0到14之間嗎，還是有可能超出這個範圍？

pH的計算

pH是用來確定一種物質是酸性或鹼性的，並用來計算一種化學物質的強度。pH是一個從1到14的數字，對於大多數常見的化學物質，越接近表示越顯中性。

7以下的值是酸度的指標，隨著數值的減少而酸度增加，而7以上的值是鹼度的指標，隨著數值的增加而鹼性增加。

值得注意的是，pH並不是線性的，換句話說，pH為3的酸，其強度不是pH為6的酸的兩倍。

需要理解的一個重要區別是pH是一個對數刻度。pH的正式定義表明，pH只是在給定溶劑中氫離子活性的一種度量。

這裡的活性表示它們的運動是自由的，只有當化學物質電離，從而將離子釋放到溶液中時才有可能，而計算pH的公式是這樣的: pH= -lg[H ]（氫離子，沒法輸入上標）。

這是一個以10為底的對數方程。在這個範圍內，pH為3的物質的酸性是pH為4的物質的10倍，pH為5的物質的100倍。

同樣，pH為9的物質的鹼性是pH為8的物質的10倍，是pH為6的物質的鹼性的1000倍。

圖為：丹麥化學家索倫·佩德·勞裡茨

pH中的p代表什麼?

pH發現背後的故事非常有趣，pH的概念最初是由一位名叫索倫·佩德·勞裡茨（Soren Peter Lauritz）的化學家提出的，他在丹麥哥本哈根的嘉士伯實驗室工作。第一次提到這個詞是這樣的（pH），這個H是小p的下標，這裡沒法輸入。

當H代表氫離子濃度時，整個概念就圍繞著它旋轉，而p的確切含義則備受爭議。這個量表基本上是通過計算10的負冪來測量不同解之間的電位差。

這兩個詞——「力量（power）」和「潛力（potential）」——都以p開頭，這三種語言(法語、德語和丹麥語)都是索倫使用並發表其研究成果的語言。

鑑於這種模糊性，p的意義仍然是化學領域最大的謎團之一，儘管對這個概念本身並不是很重要。

pH可以在0-14範圍之外嗎?

從理論上講，pH範圍應該從負無窮到正無窮。這種說法是根據它的定義，即物質的pH是氫離子濃度的負對數所定義的值。

然而，在標準實驗室中能找到的大多數溶液pH都在0-14之間，這是因為，要達到pH低於0或高於14的水平，就分別需要非常強的酸性或鹼性溶液。

根據摩爾濃度，飽和氫氧化鈉溶液(NaOH)的pH應該是15。然而，由於水的存在，這種化學物質將不能完全溶解，因為水會阻礙大分子的溶解(分解)。

這反過來就會導致氫氧根離子(OH-)的釋放下降，而氫氧根離子是一種能吸收氫離子的離子，可以增加溶液的pH。

pH可能為負嗎?

pH為負絕對是可能的。實際上，任何酸的摩爾濃度大於1時，其pH為負。然而，一種酸的pH是否為負並不能在實驗室中得到有效的驗證。

為了更好地理解這一點，考慮一個12M的鹽酸溶液(HCL)。這種化學物質的pH應該是-1.08，比標準pH高一個單位，但是我們不能用任何已知的儀器來測量它。

石蕊試紙(測量pH最常用的方法)只顯示pH是高於還是低於7。因此，pH計是確定實際值所必需的。

然而，即使是pH玻璃電極在這種極端的測量中也會失敗，原因是一種叫做酸誤差的東西（因為酸度高，氫離子活度偏低，所以pH偏高，產生酸差。），這使得即使是這些非常先進的設備也會測量出高於真實值的pH。

即使我們提高這些工具的效率並達到完美(這似乎幾乎是不可能的)，仍然有最後一個問題——有效濃度。

什麼是有效濃度?

強酸在水中永遠不會完全分解，並釋放出使儀器儀表顯示負值所需的氫離子。

強調這個問題的是氫離子的有效濃度，它總是低於真實濃度，因為在強酸和濃酸溶液中，單位酸中的水很少。

水有助於分解酸，在這個過程中釋放氫離子，這是因為水是偶極分子，會產生淨有效偶極運動。

然而，在沒有水的情況下，酸分子不會像它們應該分解的那樣分解，這使得基於它們的摩爾濃度，酸鹼度比我們預期的要高得多。

圖為：生活中的物質pH-來源網絡

最後

總之，pH確實有可能超出常規的0-14範圍。但由於儀器和溶液本身的各種限制，pH並不是一個有效的測量值。對於高濃度溶液的標籤，必須直接使用濃度，如摩爾濃度。

從一個簡單的角度來看，pH的作用是將極少量的氫離子濃度帶到一個更直觀的數值範圍，但隨著濃度的增加，這種做法失去了價值，反而會適得其反。

希望，隨著時間的推移，會有一些修改，可以提高極端測量的效率和準確性。

畢竟，pH是化學世界中最有名和最有用的概念之一，在科學領域，準確性是至關重要的！