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15.4: pH比例
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pH比例
 
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15.4: pH比例

纯净水和所有水溶液中都存在氢氧化物离子和氢氧化物离子,其浓度与水离子产物(Kw)成正比。这些离子在溶液中的浓度往往是溶液特性和其其他溶液的化学行为的关键决定因素。两种不同的解决方案在氢氧化物或氢氧化物离子浓度上可能相差100万倍、10亿倍甚至数万亿倍。表达可能跨越许多数量级的数量的常见方法是使用对数尺度。因此,解决方案的 pH 定义如下所示,其中 [H3O+]是溶液中氢离子的摩尔浓度:

 Eq1

重新排列此方程以分离氢离子摩尔度,可产生等效表达:

 Eq2

同样,氢氧化物离子摩尔度可以表示为p功能或pOH:

 Eq3

 Eq4

最后,这两种离子浓度作为p-函数表示之间的关系很容易从 KW 表达式中推导出来:

 Eq5

在25°C时,KW值为1.0×10~14,因此

 Eq6

纯净水(或任何中性溶液)中的氢离子摩尔在25°C时为1.0×10~7米。 因此,在此温度下中性溶液的 pH 和 pOH 是:

 Eq7

因此,在这种温度下,酸性溶液是那些水离子摩尔大于1.0×10~7M和氢氧化物离子摩尔小于1.0×10-7M(对应于pH值小于7.00和pOH值大于7.00)。基本解决方案是氢离子摩尔小于 1.0 ×10+7M和氢氧化物离子摩尔大于 1.0 × 10-7M (对应于pH 值大于 7.00 和 pOH 值小于 7.00)。

由于自体化常数 KW 与温度相关,pH 值与酸性/中性/基本形容词之间的这些相关性在 25 °C 以外的温度下会有所不同。 例如,80°C时纯净水的含氢度为 4.9 ×10+7 M,这相当于 pH 值和 pOH 值:

 Eq8

在此温度下,中性解决方案显示 pH = pOH = 6.31,酸性溶液显示 pH 小于 6.31,pOH 大于 6.31,而基本解决方案显示 pH 大于 6.31,pOH 小于 6.31。在研究发生在其他温度下的某些过程时,这种区别可能很重要,例如在36-40°C左右的温度下,热血生物的酶反应。 除非另有说明,否则对 pH 值的引用推定为 25 °C 的值。

本文改编自《开放、化学2e》、《第14.2节:pH和pOH》。


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