我們知道水是pH值為7的中性溶液。另外，任何酸性溶液的pH值小于7，堿性溶液的pH值大于7。

然而，這些數(shù)字是什么，或者它們?cè)噲D告訴我們什么？溶液的pH值只能在0-14之間，還是有可能超過這個(gè)范圍？

pH值的計(jì)算

PH值用于確定物質(zhì)是酸性還是堿性，并用于計(jì)算化學(xué)物質(zhì)的強(qiáng)度。PH是1到14之間的數(shù)字。對(duì)于大多數(shù)常見的化學(xué)物質(zhì)來說，越接近就越中性。

低于7的數(shù)值是酸度的指標(biāo)，隨著數(shù)值的減小而增大，高于7的數(shù)值是堿度的指標(biāo)，隨著數(shù)值的增大而增大。

值得注意的是pH值不是線性的。換句話說，pH值為3的酸的強(qiáng)度不是pH值為6的酸的兩倍。

需要理解的一個(gè)重要區(qū)別是，pH值是對(duì)數(shù)標(biāo)度。pH的正式定義表明pH僅僅是給定溶劑中氫離子活性的量度。

這里的活性是指它們的運(yùn)動(dòng)是自由的，只有當(dāng)化學(xué)物質(zhì)被電離，從而將離子釋放到溶液中時(shí)才有可能。pH的計(jì)算公式如下:pH= -lg[H](氫離子，上標(biāo)不能輸入)。

這是一個(gè)以10為底的對(duì)數(shù)方程。在這個(gè)范圍內(nèi)，pH為3的物質(zhì)的酸度是pH為4的物質(zhì)的10倍，是pH為5的物質(zhì)的100倍。

同樣，pH值為9的物質(zhì)的堿度是pH值為8的物質(zhì)的10倍，是pH值為6的物質(zhì)的1000倍。

圖為:丹麥化學(xué)家索倫·皮特·勞里茨。

pH中的P代表什么？

發(fā)現(xiàn)pH背后的故事很有趣。pH的概念首先是由一位名叫索倫·彼得·勞里茨的化學(xué)家提出的，他在丹麥哥本哈根的嘉士伯實(shí)驗(yàn)室工作。第一次提到這個(gè)詞是這個(gè)(pH)，這個(gè)H是小P的下標(biāo)，這里就不輸入了。

當(dāng)H代表氫離子濃度時(shí)，整個(gè)概念都圍繞它展開，而P的確切含義則存在爭(zhēng)議。這個(gè)電表基本上是通過計(jì)算10的負(fù)次方來測(cè)量不同溶液之間的電位差。

這兩個(gè)詞——“力量”和“潛力”——都是以p開頭的，這三種語言(法語、德語和丹麥語)是索隆使用和發(fā)表其研究成果的語言。

鑒于這種模糊性，P的含義仍然是化學(xué)中最大的謎團(tuán)之一，盡管它對(duì)概念本身并不十分重要。

pH值可以在0-14的范圍之外嗎？

理論上，pH值范圍應(yīng)該是從負(fù)無窮大到正無窮大。這個(gè)說法是基于它的定義，即物質(zhì)的pH值是由氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)定義的值。

然而，在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)溶液的pH值在0到14之間。這是因?yàn)樾枰浅?qiáng)的酸性或堿性溶液來分別達(dá)到低于0或高于14的pH水平。

根據(jù)摩爾濃度，飽和氫氧化鈉溶液(NaOH)的pH值應(yīng)為15。但由于水的存在，這種化學(xué)物質(zhì)不會(huì)完全溶解，因?yàn)樗畷?huì)阻礙大分子的溶解(分解)。

這反過來會(huì)導(dǎo)致氫氧根離子(OH-)的釋放減少，氫氧根離子可以吸收氫離子并增加溶液的pH值。

有沒有可能pH值是負(fù)的？

pH值為負(fù)是絕對(duì)有可能的。實(shí)際上，當(dāng)任何酸的摩爾濃度大于1時(shí)，它的pH值為負(fù)。但是，一種酸的pH值是否為負(fù)值，在實(shí)驗(yàn)室中無法得到有效的驗(yàn)證。

為了更好地理解這一點(diǎn)，考慮12M鹽酸溶液(HCL)。這種化學(xué)物質(zhì)的pH值應(yīng)該是-08，比標(biāo)準(zhǔn)pH值高一個(gè)單位，但我們無法用任何已知的儀器測(cè)量。

石蕊試紙(測(cè)量pH值最常用的方法)只顯示pH值是高于還是低于7。因此，pH計(jì)是確定實(shí)際值所必需的。

但是，即使是pH玻璃電極也會(huì)因?yàn)橐环N叫做酸誤差的東西(因?yàn)樗岫雀?，氫離子活度低，所以pH高，導(dǎo)致酸差)而在這種極端的測(cè)量中失敗。)，這使得即使這些非常先進(jìn)的設(shè)備也可以測(cè)量高于真實(shí)值的pH值。

即使我們提高了這些工具的效率，達(dá)到了完美(這似乎幾乎是不可能的)，還有最后一個(gè)問題——有效集中。

有效濃度是多少？

強(qiáng)酸在水中永遠(yuǎn)不會(huì)完全分解，釋放出使儀器顯示負(fù)值所需的氫離子。

這個(gè)問題強(qiáng)調(diào)的是氫離子的有效濃度，它總是低于真實(shí)濃度，因?yàn)樵趶?qiáng)酸和濃酸溶液中，單位酸中的水分很少。

水有助于分解酸，在這個(gè)過程中釋放出氫離子。這是因?yàn)樗桥紭O分子，它將產(chǎn)生凈有效偶極運(yùn)動(dòng)。

然而，在沒有水的情況下，酸分子不會(huì)像它們應(yīng)該的那樣分解，這使得pH值比我們根據(jù)它們的摩爾濃度預(yù)期的高得多。

圖為:pH-生命中物質(zhì)的來源網(wǎng)絡(luò)

最后

總之，pH值確實(shí)有可能超過0-14的常規(guī)范圍。但是，由于儀器和溶液本身的各種限制，pH并不是一個(gè)有效的測(cè)量值。對(duì)于高濃度溶液的標(biāo)簽，必須直接使用濃度，如摩爾濃度。

從簡(jiǎn)單的角度來說，pH的作用就是把極少量的氫離子濃度帶到一個(gè)更直觀的數(shù)值范圍。但隨著濃度的增加，這種做法就失去了價(jià)值，就會(huì)適得其反。

希望隨著時(shí)間的推移，會(huì)有一些修改來提高極限測(cè)量的效率和精度。

畢竟，pH是化學(xué)世界中最著名和最有用的概念之一。在科學(xué)領(lǐng)域，準(zhǔn)確性至關(guān)重要！

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