酸度和碱度的概念

氢离子浓度

水溶液的酸度或碱度由什么决定？
事实上，水溶液的酸度或碱度是由氢离子的浓度决定的，即水溶液中所含氢离子的比例。
我们以普通水为例。
如您所知，水的分子式为H 2 O，但实际上大部分水以非常稳定的分子形式存在，称为H 2 O。
然而，在大气的一小部分中，氢离子H +和氢氧根离子OH -以单独的形式存在。

换句话说，它看起来像右图。
事实上，氢离子和氢氧根离子之间的平衡是决定pH值的元素。
如果氢离子较多，则呈酸性；如果氢氧根离子较多，则呈碱性。

只要温度恒定，任何水溶液中氢离子浓度[H + ]和氢氧根离子浓度[OH- ]之间总是观察到以下关系。

[H + ][OH - ]=Kw=10 -14 (=常数)　(水温25℃时)

Kw 称为“水的离子积”或“水的离解常数”。
在纯水或中性溶液中，

由于[H + ]=[OH - ]

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

如果您知道[H + ] 或 [OH - ]的值，您也可以知道另一个的值。

因此，实际上，仅测量[H + ]，并将其用作 pH 值的指导。这就是为什么 pH 值是由氢离子浓度决定的。

pH值由以下公式定义：

pH=-log10[H + ]

我们接触到的水溶液的氢离子浓度有时约为每升1摩尔，有时约为每升0.000001摩尔。然而，特别是在需要测量pH值的氢离子浓度非常低的水溶液的情况下，存在大量的小数位，使得数学上处理起来不方便。丹麦化学家Sørensen提出pH值是用常用对数表示的氢离子浓度的倒数。IE。

pH=-log10[H + ]

在溶液为中性的情况下，

由于[H + ]=10 -7 ，因此pH值为7。

由上可知，例如pH 4表示水溶液中氢离子浓度为10 -4 mol/L，即1升水溶液中含有0.0001 mol氢离子。

类似地，pH5含有10 -5 mol/L，pH6含有10 -6 mol/L，pH7含有10 -7 mol/L氢离子。这里您会注意到，尽管在比较 pH4 和 pH7 时氢离子浓度相差 1000 倍，但在显示 pH 时可以简单地表示为 3 个单位的差异。通过这种方式用指数（幂数）来表达大量变化的好处可以从下图看出。

当氢离子为10 -4 mol/L（左）和10 -7 mol/L（右）时，氢离子的数量相差1000倍，但pH值的差异可以表示为3（（一个蓝色圆圈代表10 -7 mol/L氢离子）。

*mol/L：化学中用于测量物质含量的单位之一是摩尔。这是阿伏伽德罗的几个粒子（原子、分子、离子）的集合（6.02 x 10 23 个粒子）。浓度单位mol/L表示1升溶液中溶解有多少摩尔物质。