酸度和堿度的概念

氫離子濃度

水溶液的酸度或堿度由什么決定？
事實(shí)上，水溶液的酸度或堿度是由氫離子的濃度決定的，即水溶液中所含氫離子的比例。
我們以普通水為例。
如您所知，水的分子式為H?2?O，但實(shí)際上大部分水以非常穩(wěn)定的分子形式存在，稱為H?2 O。
然而，在大氣的一小部分中，氫離子H?+和氫氧根離子OH?-以單獨(dú)的形式存在。

換句話說，它看起來像右圖。
事實(shí)上，氫離子和氫氧根離子之間的平衡是決定pH值的元素。
如果氫離子較多，則呈酸性；如果氫氧根離子較多，則呈堿性。

只要溫度恒定，任何水溶液中氫離子濃度[H?+?]和氫氧根離子濃度[OH-?]之間總是觀察到以下關(guān)系。

[H?+?][OH?-?]=Kw=10?-14?(=常數(shù))　(水溫25℃時(shí))

Kw 稱為“水的離子積”或“水的離解常數(shù)”。
在純水或中性溶液中，

由于[H?+?]=[OH?-?]

[H?+?]=[OH?-?]=√(Kw)=√10?-14?=10?-7
(√=根)

如果您知道[H?+?] 或 [OH?-?]的值，您也可以知道另一個(gè)的值。

因此，實(shí)際上，僅測量[H?+ ]，并將其用作 pH 值的指導(dǎo)。這就是為什么 pH 值是由氫離子濃度決定的。

pH值由以下公式定義：

pH=-log10[H?+?]

我們接觸到的水溶液的氫離子濃度有時(shí)約為每升1摩爾，有時(shí)約為每升0.000001摩爾。然而，特別是在需要測量pH值的氫離子濃度非常低的水溶液的情況下，存在大量的小數(shù)位，使得數(shù)學(xué)上處理起來不方便。丹麥化學(xué)家S?rensen提出pH值是用常用對數(shù)表示的氫離子濃度的倒數(shù)。IE。

pH=-log10[H?+?]

在溶液為中性的情況下，

由于[H?+?]=10?-7 ，因此pH值為7。

由上可知，例如pH 4表示水溶液中氫離子濃度為10?-4?mol/L，即1升水溶液中含有0.0001 mol氫離子。

類似地，pH5含有10?-5?mol/L，pH6含有10?-6?mol/L，pH7含有10?-7 mol/L氫離子。這里您會(huì)注意到，盡管在比較 pH4 和 pH7 時(shí)氫離子濃度相差 1000 倍，但在顯示 pH 時(shí)可以簡單地表示為 3 個(gè)單位的差異。通過這種方式用指數(shù)（冪數(shù)）來表達(dá)大量變化的好處可以從下圖看出。

當(dāng)氫離子為10?-4?mol/L（左）和10?-7?mol/L（右）時(shí)，氫離子的數(shù)量相差1000倍，但pH值的差異可以表示為3（（一個(gè)藍(lán)色圓圈代表10?-7 mol/L氫離子）。

*mol/L：化學(xué)中用于測量物質(zhì)含量的單位之一是摩爾。這是阿伏伽德羅的幾個(gè)粒子（原子、分子、離子）的集合（6.02 x 10?23 個(gè)粒子）。濃度單位mol/L表示1升溶液中溶解有多少摩爾物質(zhì)。