pH,亦称pH值、氢离子浓度指数、酸值、酸鹼值、「⿰离巠」(離氫切、注音:ㄌㄧㄥˊ、拼音:líng)標值,是溶液中氢离子活度的一种标度,也是衡量溶液酸碱程度的最普遍标准。概念在1909年由丹麦生物化学家瑟倫·索倫森提出,「pH」的「H」代表氫離子(H⁺);「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。
物質 | pH值 | 性質 |
---|---|---|
濃硫酸(95 M) | -2.05 | 酸性 |
濃硝酸(48 M) | -1.65 | |
濃鹽酸(10 M) | -1.00 | |
硝酸(1 M) | -0.25 | |
氫氯酸(1 M) | 0.00 | |
鉛酸蓄電池的酸液 | 1.00 | |
稀鹽酸(0.08M) | 1.15 | |
胃酸 | 1.20 | |
檸檬汁 | 2.00 | |
食醋 | 2.25 | |
可樂 | 2.50 | |
番茄汁 | 3.00 | |
橙汁 | 3.20 | |
蘋果汁 | 3.50 | |
啤酒 | 3.90 | |
酸雨 | 4.50 | |
咖啡 | 5.00 | |
茶 | 5.70 | |
牛奶 | 6.50 | |
蒸馏水,氯化钠溶液 | 7.00 | 中性 |
人血 | 7.30~7.50 | 鹼性 |
海水 | 8.00 | |
肥皂 | 8.90~10.10 | |
石灰水 | 11.00 | |
家用氨水除垢劑 | 11.50 | |
漂白水(次氯酸鈉) | 12.50 | |
家用通渠剂 | 13.50 | |
氫氧化鈉(1 M) | 14.00 | |
氫氧化鉀(1 M) | 14.50 | |
濃氫氧化鈉溶液(25 M) | 15.35 |
pH的計算公式是
[H⁺]指溶液氫離子活度(有時也寫為[H₃O⁺],水合氫離子活度),單位摩/升或M(mol/L),稀溶液中氫離子活度約等於氫離子濃度,可用氫離子濃度來近似計算。
在25°C,pH=7的水溶液(如純水)為中性,水在25°C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,Kw)始終是1×10⁻¹⁴,且兩種離子的濃度都是1×10⁻⁷M。pH小于7即H⁺濃度大於OH⁻濃度,溶液酸性強,而pH大于7則H⁺濃度小於OH⁻濃度,溶液鹼性強。是故pH愈小,溶液愈酸;pH愈大,溶液也就愈鹼。
如溶劑非水或溫度非25°C,中性溶液pH就可能不是7,而須計算該溶劑在這溫度的電離常數來決定中性pH的值;水在373K(100℃)的离子积常数为5.5×10⁻¹³,pH约6.13,此时為中性溶液。現实的溶液不是理想溶液,仅用H⁺浓度不可准确测量,也无法准确计到溶液的pH,故应採H⁺活度,即
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。
于是pH有了操作定义:测量以下伽伏尼电池的电动势E未知:
将未知pH的溶液换成已知pH的溶液,同样测量电池的电动势E已知,则
F为法拉第常数, 为摩尔气体常数, 为热力学温度。测定未知溶液与标准溶液的电动势就可计出未知溶液的pH。IUPAC为此规定了一些标准溶液的pH。
溶液pH有很多方法来测量:
pOH(氢氧根离子浓度指数)是和pH相对应、表示溶液中氢氧根离子活度的概念,
在298K(25℃),水的离子积Kw=[H⁺][OH⁻]=10⁻¹⁴,log Kw=log[H⁺]+log[OH⁻],pOH=14-pH,pH和pOH之和為14。
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 |
尿液 | 6.0 |
37°C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定义得知pH是衡量溶液酸碱的尺度,很多領域都要知溶液pH從而控制溶液酸碱:
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