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pH測(cè)量的基本原理

來源:青島尚眾電子科技有限公司   2025年05月21日 07:19  
 
用于確定化學(xué)反應(yīng)過程的*熟悉*古老的零電流測(cè)量方法恐怕就是PH測(cè)量。
什么是pH,對(duì)于PH測(cè)量應(yīng)該知道些什么
一般來講,pH測(cè)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(huì)提高,而PH值降低。在水中加入堿,水的堿度便會(huì)提高,而PH值是用來表示酸堿度的單位。
當(dāng)我們講牛奶是“涼”的或酸是“弱”的時(shí),并不是確定表示事物的狀況,這是因?yàn)槲覀儧]有說出測(cè)量單位和測(cè)量值。而當(dāng)我們講牛奶的溫度是10℃,則是一個(gè)確切的概念。同樣的當(dāng)我們講弱酸的pH值為5.2,這也是一個(gè)確切的概念。
世界上有各種各樣具有不同酸堿強(qiáng)度的酸和堿。例如:鹽酸就是一種很強(qiáng)的酸,而硼酸則很弱(可以用來沖洗眼睛和傷口)。
決定酸的強(qiáng)弱程度,主要看氫離子在溶液中離解的多少。強(qiáng)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(qiáng)酸,是因?yàn)槁仁箽潆x子幾乎離解了出來。
硼酸之所以是弱酸,是因?yàn)橹挥泻苌贇潆x子離解出來。
即使化學(xué)純水也有微量被離解:嚴(yán)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(jiǎn)化成下述常用的形式:
       H2O=H++OH
此處正的氫離子人們?cè)诨瘜W(xué)中表示為“H+離子”或“氫核”。水合氫核表示為“水合氫離子”。負(fù)的氫氧根離子稱為“氫氧化物離子”。
利用質(zhì)量作用定律,對(duì)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(shí)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(duì)于一升純水在25℃時(shí)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(fù)冥指數(shù)進(jìn)行運(yùn)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(duì)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(duì)數(shù)的負(fù)值。即:
              pH=-logH+
嚴(yán)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?yàn)樵陔x子間,電場(chǎng)力的作用使得離子的活動(dòng)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(dāng)氫離子濃度為10-1摩爾/1時(shí),理論上pH值應(yīng)為1.0,而我們只測(cè)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(cè)量溶液的溫度系數(shù):
由于離子積對(duì)溫度的依賴性很強(qiáng),純水的中性點(diǎn)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(huì)有上述的pH值依賴于溫度的情況。
對(duì)于強(qiáng)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(shí)              25℃時(shí)    50℃時(shí)
0.001nHCL               3.00 pH         3.00 pH              3.00 pH
0.1n  HCL               1.08 pH         1.08 pH              1.08pH
      對(duì)于堿溶液,上述影響就很大了。由于此時(shí)氫離子的活度減少,同時(shí)水的自我離解占有優(yōu)勢(shì)。
                                  0℃時(shí)                 25℃時(shí)     50℃時(shí)
0.001nNAOH              11.94pH         11.00pH           10.26pH
飽和石灰水              ┄┄            12.4 pH              11.68pH
      對(duì)于實(shí)際來講,有以下幾點(diǎn)結(jié)論:
      對(duì)于過程控制的PH值,必須同時(shí)知道溶液的溫度特性;只有在被測(cè)介質(zhì)處于相同溫度的情況下才能對(duì)其P H值進(jìn)行比較。
如何進(jìn)行PH值的測(cè)量
      幾乎每個(gè)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(jìn)行測(cè)量的方法。例如:石蕊試紙?jiān)谒崛芤褐凶兂缮罴t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(jī)合物溶液中會(huì)出現(xiàn)明顯的誤差(≤2PH值)。
      為了得到**和可重現(xiàn)的pH值,就要使用電位分析法來進(jìn)行pH值測(cè)量。

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