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PH測量的技術(shù)知識
pH測量的基本原理
用于確定化學(xué)反應過(guò)程的zui熟悉zui古老的零電流測量方法恐怕就是PH測量。
什么是pH,對于PH測量應該知道些什么?
一般來(lái)講,pH測量就是用來(lái)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(lái)表示酸堿度的單位。 當我們講牛奶是“涼"的或酸是“弱"的時(shí),并不是確定表示事物的狀況,這是因為我們沒(méi)有說(shuō)出測量單位和測量值。而當我們講牛奶的溫度是10℃,則是一個(gè)確切的概念。同樣的當我們講弱酸的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度的酸和堿。例如:鹽酸就是一種很強的酸,而硼酸則很弱(可以用來(lái)沖洗眼睛和傷口)。
決定酸的強弱程度,主要看氫離子在溶液中離解的多少。強酸中氫離子離解的很廣泛,弱酸中則離解的很少。
鹽酸之所以成為強酸,是因為氯使氫離子幾乎*離解了出來(lái)。
硼酸之所以是弱酸,是因為只有很少氫離子離解出來(lái)。
即使化學(xué)純水也有微量被離解:嚴格地講,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在化學(xué)中表示為“H+離子"或“氫核"。水合氫核表示為“水合氫離子"。負的氫氧根離子稱(chēng)為“氫氧化物離子"。
利用質(zhì)量作用定律,對于純水的離解可以找到一平衡常數加以表示:
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,并且有平衡常數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(shuō),對于一升純水在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冥指數進(jìn)行運算,生物學(xué)家澤倫森(Soernsen)在1909年建議將此不便使用的數值用對數代替,并定義為“ pH值"。數學(xué)上定義pH值為氫離子濃度的常用對數的負值。即: pH=-logH+
嚴格地講,此公式忽略了氫離子(H+)和氫氧根離子(OH-)的交互作用,因為在離子間,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(shuō):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:當氫離子濃度為10-1摩爾/1時(shí),理論上pH值應為1.0,而我們只測得pH值為1.08。這就說(shuō)明度系數f≠1,而是0.823。
也就是說(shuō),pH值的確切定義應為:pH
測量溶液的溫度系數:
由于離子積對溫度的依賴(lài)性很強,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(lài)于溫度的情況。
對于強酸,水的自我離解的影響為零,pH值就只由酸的離解來(lái)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。
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
對于實(shí)際來(lái)講,有以下幾點(diǎn)結論:
對于過(guò)程控制的PH值,必須同時(shí)知道溶液的溫度特性;只有在被測介質(zhì)處于相同溫度的情況下才能對其PH值進(jìn)行比較。
如何進(jìn)行PH值的測量
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)行測量的方法。例如:石蕊試紙在酸溶液中變成深紅或淺紅色,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合物溶液中會(huì )出現明顯的誤差(≤2PH值)。
為了得到和可重現的pH值,就要使用電位分析法來(lái)進(jìn)行pH值測量
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