什(shen)麽是PH？如何(he)測(ce)試(shi)PH值(zhi)

什(shen)麽是PH？如何(he)測(ce)試(shi)Ph值(zhi)？

什(shen)麽是PH？PH是(shi)拉(la)丁(ding)文(wen)“Pondus hydrogenii"壹詞(ci)的(de)縮(suo)寫（Pondus=壓(ya)強(qiang)、壓(ya)力hydrogenium=氫(qing)），用來(lai)量度物(wu)質中(zhong)氫(qing)離(li)子(zi)的(de)活(huo)性。這壹活(huo)性直(zhi)接(jie)關系(xi)到(dao)水溶(rong)液的酸(suan)性、中(zhong)性和(he)堿(jian)性。水在化(hua)學上(shang)是(shi)中(zhong)性的(de)，但(dan)不是(shi)沒有離(li)子(zi)，即使化(hua)學純水也(ye)有微(wei)量被(bei)離(li)解(jie)：嚴格地(di)講(jiang)，只(zhi)有在與(yu)水分(fen)子(zi)水合(he)作用以前，氫(qing)核(he)不(bu)是(shi)以自(zi)由(you)態存在。

H2O+ H2O=H3O++ OHˉ

由(you)於水全(quan)氫(qing)離(li)子(zi)（H3O）的(de)濃度事(shi)與(yu)氫(qing)離(li)子(zi)（H）濃度等同(tong)看待，上(shang)式(shi)可(ke)以簡化(hua)成下述(shu)常(chang)用的(de)形(xing)式(shi)：

H2O=H+ + OHˉ

此處正的氫(qing)離(li)子(zi)人(ren)們(men)在化(hua)學中表示為(wei)“H+離(li)子(zi)"或(huo)“氫(qing)核(he)"。水合(he)氫(qing)核(he)表(biao)示(shi)為(wei)“水合(he)氫(qing)離(li)子(zi)"。負(fu)的氫(qing)氧(yang)根(gen)離子(zi)稱為“氫(qing)氧(yang)化(hua)物(wu)離(li)子(zi)"。

利(li)用質量作(zuo)用定(ding)律(lv)，對(dui)於(yu)純(chun)水的(de)離(li)解可(ke)以找到(dao)壹平衡(heng)常數(shu)加(jia)以表示(shi)：

由(you)於水只(zhi)有極少量被(bei)離(li)解(jie)，因(yin)此水的(de)克(ke)分子(zi)濃度實(shi)際為壹常(chang)數(shu)，並(bing)且有平衡(heng)常數(shu)K可(ke)求出水的(de)離(li)子積(ji)KW。

KW=K×H2O KW= H3O+·ＯＨ－=10－7·10－7=10mol/l(25℃)

也(ye)就(jiu)是(shi)說對於壹升(sheng)純(chun)水在25℃時(shi)存在10－7摩爾(er)H3O+離(li)子(zi)和(he)10－7摩爾(er)OHˉ離(li)子(zi)。

在中(zhong)性溶(rong)液中，氫(qing)離(li)子(zi)H+和(he)氫(qing)氧(yang)根(gen)離子(zi)OHˉ的(de)濃度都(dou)是10－7mol/l。如：

假(jia)如有過(guo)量的(de)氫(qing)離(li)子(zi)H+，則(ze)溶(rong)液呈(cheng)酸性。酸(suan)是(shi)能使水溶(rong)液中的(de)氫(qing)離(li)子(zi)H+遊離的物(wu)質。同(tong)樣(yang)，如果(guo)氫(qing)離(li)子(zi)H+並(bing)使OHˉ離(li)子(zi)遊離，那(na)末(mo)溶(rong)液就是(shi)堿性的(de)。所(suo)以，給(gei)出CH+值(zhi)就(jiu)足以表示(shi)溶液的特性，呈(cheng)酸性堿(jian)性，為(wei)了(le)免於用此克分子濃度負(fu)冥指數進(jin)行運算，生(sheng)物(wu)學家澤倫森（Soernsen）在1909年(nian)建(jian)議將(jiang)此不便使用的(de)數(shu)值(zhi)用對(dui)數(shu)代(dai)替(ti)，並定義為(wei)“pH值(zhi)"。數(shu)學上(shang)定(ding)義(yi)pH值(zhi)為(wei)氫(qing)離(li)子(zi)濃度的(de)常用對(dui)數(shu)負(fu)值(zhi)。即

因(yin)此，PH值(zhi)是(shi)離(li)子濃度以10為(wei)底(di)的(de)對(dui)數的負(fu)數：

改(gai)變(bian)50m3的(de)水的(de)pH值(zhi)，從(cong)pH2到(dao)pH3需(xu)要(yao)500L漂白(bai)劑(ji)。然而，從(cong)pH6到(dao)pH7只(zhi)需(xu)要(yao)50L的(de)漂白(bai)劑(ji)。

測(ce)量PH值(zhi)的(de)方法(fa)很(hen)多，主要(yao)有化(hua)學分析(xi)法、試(shi)紙(zhi)法(fa)、電(dian)位(wei)法(fa)。現主要(yao)介(jie)紹電(dian)位(wei)法(fa)測(ce)得(de)PH值(zhi)。

電(dian)位(wei)分(fen)析(xi)法所(suo)用的(de)電(dian)極被(bei)稱為原電(dian)池(chi)。原電(dian)池(chi)是壹個系統(tong)，它的作用是(shi)使化(hua)學反(fan)應(ying)能(neng)量轉(zhuan)成為(wei)電(dian)能。此電(dian)池(chi)的電(dian)壓被(bei)稱為電(dian)動(dong)勢（EMF）。此電(dian)動(dong)勢（EMF）由(you)二個半電(dian)池(chi)構(gou)成(cheng)，其中壹個半電(dian)池(chi)稱作測(ce)量電(dian)極，它(ta)的(de)電(dian)位(wei)與(yu)特定(ding)的離子(zi)活(huo)度有關(guan)，如H+；另(ling)壹個半電(dian)池(chi)為參比(bi)半電(dian)池(chi)，通常(chang)稱作參比(bi)電(dian)極，它(ta)壹般是測(ce)量溶(rong)液相通，並(bing)且與測(ce)量儀(yi)表相(xiang)連。

例(li)如，壹支(zhi)電(dian)極由(you)壹根(gen)插在含有銀(yin)離(li)子的(de)鹽(yan)溶液中的(de)壹根(gen)銀導(dao)線(xian)制(zhi)成(cheng)，在導(dao)線(xian)和(he)溶(rong)液的界(jie)面處，由(you)於金(jin)屬和鹽(yan)溶(rong)液二種(zhong)物(wu)相(xiang)中(zhong)銀(yin)離(li)子的不同(tong)活(huo)度，形(xing)成離子(zi)的(de)充電(dian)過程(cheng)，並(bing)形(xing)成(cheng)壹定(ding)的(de)電(dian)位(wei)差(cha)。失去電(dian)子的銀離子(zi)進(jin)溶(rong)液。當(dang)沒有施(shi)加(jia)外電(dian)流(liu)進(jin)行反(fan)充(chong)電(dian)，也(ye)就(jiu)是(shi)說沒有電(dian)流(liu)的(de)話(hua)，這壹過(guo)程(cheng)最終會(hui)達(da)到(dao)壹個平衡(heng)。在這種(zhong)平衡(heng)狀態(tai)下(xia)存在的(de)電(dian)壓被(bei)稱為半(ban)電(dian)池(chi)電(dian)位(wei)或(huo)電(dian)極電(dian)位(wei)。這種(zhong)（如上(shang)所(suo)述）由(you)金(jin)屬和含有此金(jin)屬離子(zi)的(de)溶(rong)液組成(cheng)的電(dian)極被(bei)稱為類(lei)電(dian)極。

此電(dian)位(wei)的(de)測(ce)量是(shi)相對(dui)壹個電(dian)位(wei)與(yu)鹽(yan)溶(rong)液的成(cheng)分無關(guan)的(de)參比(bi)電(dian)極進(jin)行的。這種(zhong)具有獨(du)立電(dian)位(wei)的(de)參比(bi)電(dian)極也(ye)被(bei)稱為電(dian)極。對(dui)於(yu)此類電(dian)極，金(jin)屬導(dao)線(xian)都(dou)是覆(fu)蓋(gai)壹層此種(zhong)金(jin)屬的微(wei)溶性鹽(yan)（如：Ag/AgCL），並(bing)且插入含有此種(zhong)金(jin)屬鹽限(xian)離子(zi)的(de)電(dian)解質溶(rong)液中。此時(shi)半(ban)電(dian)池(chi)電(dian)位(wei)或(huo)電(dian)極電(dian)位(wei)的(de)大(da)小取(qu)決(jue)於此種(zhong)陰(yin)離子(zi)的活(huo)度。

此二種(zhong)電(dian)極之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)壓遵(zun)循(xun)能斯(si)特（NERNST）公式：

式(shi)中(zhong)：E—電(dian)位(wei)

E0—電(dian)極的(de)標準電(dian)壓

R—氣(qi)體(ti)常(chang)數(shu)（8.31439焦(jiao)耳/摩爾(er)和(he)℃）

T—開(kai)氏(shi)溫(wen)度（例(li)：20℃=273+293開(kai)爾(er)文(wen)）

F—法(fa)拉(la)弟常(chang)數(shu)（96493庫(ku)化(hua)/當(dang)量）

n—被(bei)測(ce)離(li)子的化合(he)價（銀(yin)=1，氫(qing)=1）

aMe—離(li)子(zi)的(de)活(huo)度

標準氫(qing)電(dian)極是(shi)所(suo)有電(dian)位(wei)測(ce)量的(de)參比(bi)點。標準氫(qing)電(dian)極是(shi)壹根(gen)鉑絲(si)，用電(dian)解的方法(fa)鍍(du)（塗(tu)覆(fu)）上(shang)氯(lv)化鉑，並且在四(si)周(zhou)充(chong)入氫(qing)氣(qi)（固(gu)定壓力為(wei)1013hpa）構(gou)成(cheng)的。

將(jiang)此電(dian)極浸(jin)入(ru)在25℃時(shi)H3O+離(li)子(zi)含量為(wei)1mol/l溶(rong)液中便形(xing)成(cheng)電(dian)化學中所(suo)有電(dian)位(wei)測(ce)量所(suo)參照(zhao)的(de)半電(dian)池(chi)電(dian)位(wei)或(huo)電(dian)極電(dian)位(wei)。其中氫(qing)電(dian)極做(zuo)為參比(bi)電(dian)極在實(shi)踐中很(hen)難實現，於(yu)是使用類(lei)電(dian)極做(zuo)為參比(bi)電(dian)極。其中常(chang)用的(de)便是(shi)銀(yin)/氯(lv)化銀(yin)電(dian)極。該(gai)電(dian)極通過(guo)溶解(jie)的AgCl對(dui)於(yu)氯(lv)離子(zi)濃度的(de)變(bian)化起反(fan)應(ying)。

此參比(bi)電(dian)極的(de)電(dian)極電(dian)位(wei)通過(guo)飽和的(de)kcl貯(zhu)池(chi)（如：3mol/l kcl）來(lai)實(shi)現恒(heng)定。液體(ti)或(huo)凝膠形(xing)式的(de)電(dian)解質溶(rong)液通過(guo)隔膜(mo)與被(bei)測(ce)溶(rong)液相連通。

利(li)用上(shang)述(shu)的(de)電(dian)極組(zu)合(he)—銀(yin)電(dian)極和(he)Ag/AgCl參比(bi)電(dian)極可(ke)以測(ce)量膠(jiao)片沖洗(xi)液中的(de)銀離子(zi)含量。也(ye)可(ke)以將銀(yin)電(dian)極換成鉑或(huo)金(jin)電(dian)極進(jin)行氧化(hua)還原電(dian)位(wei)的(de)測(ce)量。例(li)如：某(mou)種(zhong)金(jin)屬離子(zi)的(de)氧(yang)化階(jie)段。

常(chang)用的(de)PH指示電(dian)極是(shi)玻璃電(dian)極。它(ta)是(shi)壹支(zhi)端(duan)部吹(chui)成泡(pao)狀的(de)對(dui)於(yu)PH敏(min)感(gan)的玻璃膜(mo)的玻璃。管(guan)內(nei)充(chong)填(tian)有含飽和AgCl的(de)3mol/l kcl緩(huan)沖溶(rong)液，pH值(zhi)為(wei)7。存在於(yu)玻璃膜(mo)二面(mian)的(de)反(fan)映PH值(zhi)的(de)電(dian)位(wei)差(cha)用Ag/AgCl傳導(dao)系(xi)統(tong)，如電(dian)極，導(dao)出。PH復(fu)合(he)電(dian)極和(he)PH固(gu)態電(dian)極，如圖(tu)

此電(dian)位(wei)差(cha)遵(zun)循(xun)能斯(si)特公式

E=59.16mv/25℃ per pH

式(shi)中(zhong)R和(he)F為(wei)常(chang)數(shu)，n為(wei)化(hua)合(he)價，每(mei)種(zhong)離子都(dou)有其固(gu)定的值(zhi)。對(dui)於(yu)氫(qing)離(li)子(zi)來(lai)講(jiang)n=1。溫(wen)度“T"做(zuo)為變(bian)量，在能(neng)斯特公式中起很(hen)大(da)作用。隨(sui)著(zhe)溫度的(de)上(shang)升(sheng)，電(dian)位(wei)值(zhi)將(jiang)隨(sui)之增大(da)。

對(dui)於(yu)每(mei)1℃的(de)溫(wen)度變(bian)大(da)，將引(yin)起電(dian)位(wei)0.2mv/per pH變(bian)化。用pH值(zhi)來(lai)表(biao)示則每1℃第(di)1pH變(bian)化0.0033pH值(zhi)。

這也(ye)就(jiu)是(shi)說：對於20～30℃之(zhi)間(jian)和(he)7pH左(zuo)右(you)的(de)測(ce)量不(bu)需(xu)要(yao)對(dui)溫度變(bian)化進(jin)行補償(chang)；而對於溫(wen)度＞30℃或(huo)＜20℃和(he)pH值(zhi)＞8pH或(huo)6pH的(de)應(ying)用場(chang)合(he)則對(dui)溫度變(bian)化進(jin)行補償(chang)。

圖(tu)1：pH值(zhi)壹電(dian)位(wei)壹離(li)子(zi)濃度之(zhi)間的關(guan)系(xi)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 OH離(li)子(zi)

14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 H 離(li)子(zi)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 pH

+414.4••••　•• ••••+.59.2 0 -59.2••••••••••••　••••　-414.4 mv/25℃

從(cong)以上(shang)我們(men)對PH測(ce)量的(de)原理進(jin)行了分(fen)析(xi)而得知(zhi)我們(men)只(zhi)要(yao)用壹臺(tai)毫(hao)伏計(ji)即可(ke)把(ba)PH值(zhi)顯(xian)示(shi)出來。