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pH 值是氢离子浓度或氢离子活度的测量值吗?

更新时间:2024-06-14点击次数:179

pH 值是氢离子浓度或氢离子活度的测量值吗?

离子带有正电荷(例如H +)或负电荷(例如OH -)。作为电荷载体,所有溶解的离子都会对其周围环境施加电力。虽然溶液在宏观尺度上可能是电中性的,但离子的影响在微观尺度上可能是巨大的。

离子浓度相对较高的溶液可能会产生异常低的离子浓度测定结果。因此,溶液开始表现得好像某些离子不再存在一样。这种明显的离子损失是由溶液中离子的相互作用引起的,最终导致与理想行为的显着偏差。为了考虑这种相互作用,必须考虑离子活度(也称为有效离子浓度)而不是离子浓度。因此,pH 值是氢离子活性的量度。

为什么 pH 值是对数的?

pH值通常用来表示氢离子活性。在 pH 范围内,pH 值低于 7 代表酸性溶液(氢离子活性大于氢氧根离子活性),而高于 7 的值代表碱性溶液。当pH = 7时,氢离子和氢氧根离子活性相等。

从表 1 中可以看出,氢 (H + ) 和氢氧根 (OH - ) 离子活性的可能范围可以跨越多个数量级。为了轻松管理和表示各种离子活动,使用对数 pH 标度。

pH 值是氢离子浓度或氢离子活度的测量值吗?

pH 值变化 1.0 pH 单位表明氢离子活性相差一个数量级(即 10 倍)。例如,pH 4 时的氢离子活性是 pH 5 时的 10 倍。

由于 pH 值的对数性质,简单地平均 pH 值并报告它们是不正确的。相反,报告中值 pH 值或提供观察到的 pH 值范围更为合适。

方程 [4] 表示根据氢离子活性以 10 为底的负对数确定 pH 值。

[4] pH = -lg a H +

pH 测量方法 - pH 计与 pH 试纸

目视法、光度法和电位法可用于测量溶液的氢离子活性。视觉和光度法依靠特定有机颜料的颜色变化来确定 pH 值。视觉方法通过视觉指示剂(例如 pH 试纸)完成,而光度测定则涉及用光照射样品并测量吸光度。

pH 值是氢离子浓度或氢离子活度的测量值吗?

目视或光度测定 pH 值的应用受到限制。如果待测溶液浑浊或具有固有颜色,则测量结果将不可靠。一些测量溶液还含有化学键,这些化学键会通过氧化或还原破坏颜色指示剂并产生不正确的结果。

电位法通过使用 pH 敏感电极的电位作为测量信号来测定 pH,然后由 pH 计显示。电位测量方法不存在视觉和光度测量方法的缺点,因为电位测量传感器非常灵敏、选择性强,并且几乎可以用于任何应用。

pH 电极如何工作?

氢、金属(例如锑)和玻璃电位电极之间存在区别,其中玻璃 pH 电极是常用的 pH 传感器。有关氢电极和金属电极的更多详细信息,请查看 WTW pH 手册!

玻璃 pH 传感器是离子选择性电极(ISE)的一个例子。该系统由对特殊离子类型(本例中为氢离子)发生反应的 ISE 和参比电极组成,两者共同浸入待测样品中。

氢离子选择电极提供受溶液氢离子活性影响的电化学势(例如信号)。然而,参比电极保持不依赖于样品成分的电化学电势。这些电势之间的差异,即 pH 计上显示的电压 (mV),根据能斯特方程确定 pH 值。