什么是pH值

pH是衡量水溶液酸性或碱性程度的定量指标。它指的是H⁺离子浓度的负对数值。pH一词来源于德语“potenz”，意为“力量”，而H则来源于氢的化学符号。因此，pH代表“氢的幂”，或者说pH的意思也被解释为氢的幂。

pH方程

用于计算pH的方程是由丹麦生物化学家Soren Peter Lauritz Sorensen引入的。pH方程如下所示；

pH= -log₁₀ (H⁺) (氢离子)

log = 以10为底的对数

(H⁺) = 氢离子浓度 (摩尔/升)

常见化学品的pH值

我们在日常生活中会遇到各种pH值低的酸和pH值高的碱，其中一些及其pH值描述如下。

• 盐酸 (HCl): 0
• 柠檬汁 : 2
• 醋 : 2.2
• 葡萄酒 : 4
• 纯净水 : 7.0 (中性)
• 人血: 7.4
• 肥皂水 : 12
• 漂白剂 : 13
• 氢氧化钠: 14

IUPAC对pH的定义

国际纯粹与应用化学联合会 (IUPAC) 使用的pH刻度略有不同。它基于标准缓冲溶液的电化学测量，如下所示；

pH = -log aH+

aH+表示氢的活度 (溶液中氢离子的有效浓度，可能与氢的真实浓度不同)。

该刻度还考虑了可能影响pH的热力学因素。然而，在大多数情况下，标准的pH定义就足够了。

如何测量pH？

为了测量pH的近似或粗略值，我们可以使用石蕊试纸或类似的试纸，它们会改变颜色来指示一定的pH值。有些指示剂和pH试纸只能告诉我们溶液是酸性还是碱性，或者在一定范围内告诉我们pH值。

pH的用途

• 它不仅用于科学和工业，也用于日常生活。它用于烹饪、调制鸡尾酒、清洁剂和食品保鲜。维护游泳池、水净化、农业、医学、化学、工程等也需要pH值。
• pH值定量地表示酸和碱的强度。它是一种通用指示剂，在溶液中不同浓度的氢离子时会显示不同的颜色。
• 最佳或平衡的pH值表明身体健康。我们身体的pH值或氢含量取决于我们摄入的食物和饮料的类型。

什么是pH刻度？

它是用于测量溶液酸性或碱性的工具。pH试纸或pH测试条用于测量pH。例如，石蕊试纸是一种常用的pH测试纸或刻度，范围从0到14。在检查pH时，石蕊试纸上出现的颜色与pH刻度上校准的数字之一匹配，以指示该液体的pH值或性质。例如，pH刻度上醋的pH值为2.4，表明醋是酸性的。

同样，在25摄氏度下，pH值小于7的水溶液被认为是酸性的，而pH值大于7的溶液则呈碱性。pH值7 (在25摄氏度下) 表示中性溶液，例如；纯净水，因为纯净水中H⁺和OH^-离子的浓度相等。此外，在非常强的酸的情况下，pH值可能为负值 (小于0)，而在强碱的情况下，pH值可能大于14。

因此，pH刻度是为了测量氢离子浓度而开发的。其值范围从0到14，称为pH值。所以，我们可以说pH值是一个表示溶液酸性和碱性性质的数字。

pH刻度的局限性

pH刻度有一些局限性，如下所示；

• 两种不同溶液的pH值无法说明其相对强度。例如，pH值为1的溶液可能比pH值为3的溶液含有多100倍的氢离子。同样，4x10^-1 N的HCl的浓度是2x10^-1 N的HCl的两倍，但它们的pH值仅有微小差异，分别为4.40和4.70。
• 酸的pH值不应超过7，但低浓度的酸溶液 (10^-8 N) 的pH值却超过7。
• 强酸的pH值为0。但是，如果溶液的浓度为2N、3N或10N，则pH值将为负数。
• 当浓度很高时，使用Hammett酸度函数而不是pH。

尽管pH代表氢离子电位，指的是氢离子的电位或强度，或者表示氢离子浓度，但它并不意味着它只能说明酸的强度。它也说明了碱的强度。例如，酸性强的溶液的碱性就弱。同样，弱酸的溶液具有强的碱性，因此除了溶液的酸性外，它还可以确定其碱性。

此外，酸和碱是相对的。因此，如果溶液中的氢离子较多，则呈酸性，但由于氢离子浓度较低，则呈碱性。所以，pH值可以同时表示酸的强度和碱的强度。

在盐中，酸性和碱性强度相等。因此，它们的溶液被认为是中性溶液。

如何计算pH

pH= -log₁₀ (H⁺) (氢离子)

上面显示的pH方程表明，pH是根据氢离子浓度计算的，如果你不知道这个浓度，就无法计算pH。我们先来理解氢离子浓度。

(H+) = 氢离子 (H⁺) 的浓度，指的是每升酸性或碱性溶液中的一摩尔氢离子。

在盐酸的水溶液中，氢离子浓度 (h⁺) 为10^-4。因此，该溶液的pH值可以计算如下；

pH = -log₁₀^(H+)

= -log₁₀ ^(10-4)

= - (- 4). log₁₀¹⁰

pH = 4

同样，我们可以计算水的pH值，如下所示；

水是中性的，因为它在解离时会释放等量的氢离子和氢氧根离子。酸性 (释放氢离子) 被碱性 (释放氢氧根离子) 中和，所以它是中性的。然而，氢离子的释放是存在的，因此会有一个pH值，它可能表示一个中性溶液，既不呈酸性也不呈碱性。

在298 K时，水中氢离子浓度 (H⁺) = 10^-7，即每升10^-7摩尔。

因此，可以使用pH方程计算水的pH值如下；

pH = -log₁₀^(H+)

= -log₁₀^(10-7)

= - (- 7) . log₁₀¹⁰

pH = 7

像水一样，所有中性化合物的pH值都是7。

溶液越酸，pH值越低。因此，我们可以说pH值与酸度成反比。然而，它与碱度成正比。溶液越碱，pH值越高。

由于pH与H⁺相关，我们可以说，溶液中的氢离子浓度 (酸性) 越高，该溶液的pH值就越低。所以，简单来说，pH值是一个表示溶液酸性和碱性性质的数字。

如果 pH > 7，溶液呈碱性

如果 pH = 7，溶液呈中性

如果 pH < 7，溶液呈酸性

牛奶略呈酸性，其pH值为6。而血液的pH值范围在7.35到7.45之间。

pH在生活中的重要性

i) 对生命的影响

人类和所有其他生物，如动物、植物、水生生物等的生命都依赖于pH，因为它们对pH很敏感。生物只能在很窄的pH范围内生存。例如，我们的身体需要7.0到7.8之间的pH才能正常工作。这意味着我们的身体适应在此范围内发生的pH，如7.2、7.5等，但无法适应小于7或大于7.8的pH。同样，当酸性雨水进入河流、池塘等大水体时，会改变其pH值，可能影响水生动物的生命。

ii) 对土壤和种植的影响

在播种或种植作物之前，会检查土壤的pH值。如果土壤pH值与作物不兼容，作物可能无法生长，并可能造成巨大损失。

土壤的pH值还告诉我们可以使用哪种肥料，如果我们使用的肥料pH值对土壤不利，可能会降低土壤的肥力或使其变得贫瘠。因此，pH值根据土壤的pH值帮助选择作物肥料。例如，野草在pH 5的土壤中生长良好，而在pH 6的土壤中，绿草生长良好。

此外，有些植物含有酸，如荨麻叶的刺会注入甲酸，当有人接触到它们时。由于这种酸，皮肤会变红。治疗这种皮肤红肿的解药也存在于一种叫做毛茛的植物中，它经常生长在荨麻植物旁边。将毛茛植物的叶子涂抹在受影响的区域，可以中和酸的作用，从而缓解红肿。

iii) 对消化系统的影响

胃中会产生HCl。它提供了食物消化所需的pH。其pH值约为5.5。但是，如果HCl产生过多，可能会引起疼痛和刺激。在这种情况下，可以使用氢氧化镁等抗酸剂来维持所需的pH。

pH值也会影响牙釉质，它是由磷酸钙组成的。口腔的pH值如果低于5.5，可能会导致牙釉质腐蚀。牙膏含有碱性盐，有助于维持口腔的pH值，防止牙釉质腐蚀。

注意事项

• 强酸或强碱的pH值取决于温度。
• 弱酸的pH值随着温度升高而降低，因为电离度随温度升高而增加。
• 并非所有液体都显示pH值。只有水溶液 (溶解在水中的物质) 才显示pH值 (酸性、中性或碱性)。如果没有水，就没有pH值。例如，有各种各样的化学品和液体没有pH值，如植物油、汽油、纯酒精都没有pH值。