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什么是pH,對于PH測量應(yīng)該知道些什么?
(一) pH測量
 pH測量的基本原理
       用于確定化學(xué)反應(yīng)過程的最熟悉最古老的零電流測量方法恐怕就是PH測量。
 
什么是pH,對于pH測量應(yīng)該知道些什么
      一般來講,pH測量就是用來確定某種溶液的酸堿度。
      在水中加入酸,水的酸度便會提高,而pH值降低。在水中加入堿,水的堿度便會提高,而pH值是用來表示酸堿度的單位。當我們講牛奶是“涼”的或酸是“弱” 的時,并不是確定表示事物的狀況,這是因為我們沒有說出測量單位和測量值。而當我們講牛奶的溫度是10℃,則是一個確切的概念。同樣的當我們講弱酸的pH 值為5.2,這也是一個確切的概念。
      世界上有各種各樣具有不同酸堿強度的酸和堿。例如:鹽酸就是一種很強的酸,而硼酸則很弱(可以用來沖洗眼睛和傷口)。
      決定酸的強弱程度,主要看氫離子在溶液中離解的多少。強酸中氫離子離解的很廣泛,弱酸中則離解的很少。鹽酸之所以成為強酸,是因為氯使氫離子幾乎完全離解了出來。硼酸之所以是弱酸,是因為只有很少氫離子離解出來。即使化學(xué)純水也有微量被離解:嚴格地講,只有在與水分子水合作以前,氫核不是以自由態(tài)存在。
       H2O+H2O=H3O++OH
由于水合氫離子(H3O)的濃度可與氫離子(H)濃度等同看待,上式可以簡化成下述常用的形式:
      H2O=H++OH
      此處正的氫離子人們在化學(xué)中表示為“H離子”或“氫核”。水合氫核表示為“水合氫離子”。負的氫氧根離子稱為“氫氧化物離子”。
利用質(zhì)量作用定律,對于純水的離解可以找到一平衡常數(shù)加以表示:
       
K=
H3O+·OH
H2O
      由于水只有極少量被離解,因此水的克分子濃度實際上為一常數(shù),并且有平衡常數(shù)K可求出水的離子積KW。
      KW=K×H2O KW = H3O+·OH=10-7·10-7=10mol/l(25℃)
      也就是說,對于一升純水在25℃時存在10-7摩爾H3O+離子和10-7摩爾OH離子。
為了免于用此克分子濃度負冥指數(shù)進行運算,生物學(xué)家澤倫森(Soernsen)在1909年建議將此不便使用的數(shù)值用對數(shù)代替,并定義為“ pH值”。數(shù)學(xué)上定義pH值為氫離子濃度的常用對數(shù)的負值。即:
              pH=-logH+
      嚴格地講,此公式忽略了氫離子(H+)和氫氧根離子(OH)的交互作用,因為在離子間,電場力的作用使得離子的活動性明顯降低了。也就是說:氫離子的起作用的濃度(即活度)還與被溶解的所有其他的離子有關(guān)。
      例如:當氫離子濃度為10-1摩爾/1時,理論上pH值應(yīng)為1.0,而我們只測得pH值為1.08。這就說明度系數(shù)f≠1,而是0.823。也就是說,pH值的確切定義應(yīng)為:pH
 
測量溶液的溫度系數(shù):
      由于離子積對溫度的依賴性很強,純水的中性點便有如下的分布:
 0℃                            =                          pH
 25℃                           =                          pH
 75℃                           =                          pH
 100℃                          =                          pH
      酸和堿是用水稀釋的,也肯定會有上述的pH值依賴于溫度的情況。
對于強酸,水的自我離解的影響為零,pH值就只由酸的離解來決定:
                                 0℃時               25℃時                50℃時
0.001nHCL               3.00 pH          3.00 pH               3.00 pH
0.1n  HCL                 1.08 pH          1.08 pH               1.08pH
      對于堿溶液,上述影響就很大了。由于此時氫離子的活度減少,同時水的自我離解占有優(yōu)勢。
                                 0℃時              25℃時                50℃時
0.001nNAOH          11.94pH         11.00pH               10.26pH

飽和石灰水                  ┄┄                 12.4 pH              11.68pH

      對于實際來講,有以下幾點結(jié)論:
      對于過程控制的pH值,必須同時知道溶液的溫度特性;只有在被測介質(zhì)處于相同溫度的情況下才能對其pH值進行比較。
如何進行pH值的測量
      幾乎每個人都知道利用石蕊試紙或隨pH值的不同改變顏色的特性進行測量的方法。例如:石蕊試紙在酸溶液中變成深紅或淺紅色,而在堿溶液中則變成深蘭或淺蘭色。
      但是這種方法在弱緩沖液中,或含有金屬離子的溶液或者有機合物溶液中會出現(xiàn)明顯的誤差(≤2pH值)。
      為了得到精確和可重現(xiàn)的pH值,就要使用電位分析法來進行pH值測量。
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