PH酸度計的定義、原理與測量方法

PH是拉丁文“Pondus hydrogenii"詞的縮寫（Pondus=壓強、壓力hydrogenium=氫），用來量度物質(zhì)中氫離子的活性。這活性直接關系到水溶液的酸性、中性和堿性。水在化學上是中性的，但不是沒有離子，即使化學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+ + OHˉ

由于水全氫離子（H3O）的濃度事與氫離子（H）濃度等同看待，上式可以簡化成下述常用的形式：

                 H2O=H++ OHˉ

 此處正的氫離子人們在化學中表示為“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平衡常數(shù)加以表示：

K = H3O+OH-
────── 
H2O

由于水只有少量被離解，因此水的克分子濃度實際為常數(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，對于升純水在25℃時存在10－7摩爾H3O+ 離子和10－7摩爾OHˉ離子。

在中性溶液中，氫離子H+ 和氫氧根離子OHˉ的濃度都是10－7mol/l。

如： 

假如有過量的氫離子H+ ，則溶液呈酸性。酸是能使水溶液中的氫離子H+ 游離的物質(zhì)。同樣，如果氫離子H+ 并使OHˉ離子游離，那末溶液就是堿性的。所以，給出  值就足以表示溶液的特性，呈酸性堿性，為了免于用此克分子濃度負冥指數(shù)進行運算，生物學澤倫森（Soernsen）在1909年建議將此不便使用的數(shù)值用對數(shù)代替，并定義為“pH值"。數(shù)學上定義pH值為氫離子濃度的常用對數(shù)負值。即時

因此，PH值是離子濃度以10為底的對數(shù)的負數(shù)：

         　 酸          中性            堿

     ←　　　　　→

                       PH值

改變50m3 的水的pH值，從pH2到pH3需要500L漂白劑。然而，從pH6到pH7只需要50L的漂白劑。

測量PH值的方法很多，主要有化學分析法、試紙法、電位法。現(xiàn)主要介紹電位法測得PH值。

電位分析法所用的電被稱為原電池。原電池是個系統(tǒng)，它的作用是使化學反應能量轉(zhuǎn)成為電能。此電池的電壓被稱為電動勢（EMF）。此電動勢（EMF）由個半電池構(gòu)成。其中個半電池稱作測量電，它的電位與特定的離子活度有關如H+ ；另個半電池為參比半電池，通常稱作參比電，它般是測量溶液相通，并且與測量儀表相連。

 例如，支電由根插在含有銀離子的鹽溶液中的根銀導線制成，在導線和溶液的界面處，由于金屬和鹽溶液種物相中銀離子的不同活度，便形成離子的充電過程，并形成定的電位差。失去電子的銀離子進溶液。當沒有施加外電流進行反充電，也就是說沒有電流的話，這過程終會達到個平衡。在這種平衡狀態(tài)下存在的電壓被稱為半電池電位或電電位。

這種（如上所述）由金屬和含有此金屬離子的溶液組成的電被稱為第類電。

此電位的測量是相對個電位與鹽溶液的成分無關的參比電進行的。這種具有獨立電位的參比電也被稱為第電。對于此類電，金屬導線都是覆蓋層此種金屬的微溶性鹽（如：Ag/AgCL），并且插入含有此種金屬鹽限離子的電解質(zhì)溶液中。此時半電池電位或電電位的大小取決于此種陰離子的活度。

此種電之間的電壓遵循能斯特（NERNST）公式：

E = E0+ RT
――1n a Me 
nF

    式中：E―電位

E0―電的標準電壓

R―氣體常數(shù)（8.31439焦耳/摩爾和℃）

T―開氏溫度（例：20℃=273+293開爾文）

F―法拉弟常數(shù)（96493庫化/當量）

n―被測離子的化合價（銀=1，氫=1）

aMe―離子的活度

標準氫電是所有電位測量的參比點。標準氫電是根鉑絲，用電解的方法鍍（涂覆）上氯化鉑，并且在四周充入氫氣（固定壓力為1013hpa）構(gòu)成的。

將此電浸入在25℃時H3O+ 離子含量為1mol/l溶液中，便形成電化學中所有電位測量所參照的半電池電位或電電位。其中氫電做為參比電在實踐中很難實現(xiàn)，于是使用第類電做為參比電。其中常用的便是銀/氯化銀電。該電通過溶解的AgCl對于氯離子濃度的變化起反應。

此參比電的電電位通過飽和的kcl貯池（如：3mol/l kcl）來實現(xiàn)恒定。液體或凝膠形式的電解質(zhì)溶液通過隔膜與被測溶液相連通。

利用上述的電組合―銀電和Ag/AgCl參比電可以測量膠片沖洗液中的銀離子含量。也可以將銀電換成鉑或金電進行氧化還原電位的測量。例如：某種金屬離子的氧化階段。

常用的PH指示電是玻璃電。它是支端部吹成泡狀的對于pH敏感的玻璃膜的玻璃管。管內(nèi)充填有含飽和AgCl的3mol/l kcl緩沖溶液，pH值為7。存在于玻璃膜面的反映PH值的電位差用Ag/AgCl傳導系統(tǒng)，

如第電，導出。PH復合電和PH固態(tài)電，如圖

此電位差遵循能斯特公式：

E= E0+ RT
―― 1n a H3O+ 
nF

      E=59.16mv/25℃ per pH

    式中R和F為常數(shù)，n為化合價，每種離子都有其固定的值。對于氫離子來講，n=1。溫度“T"做為變量，在能斯特公式中起很大作用。隨著溫度的上升，電位值將隨之增大。

對于每1℃的溫度變大，將引起電位0.2mv/per pH變化。用pH值來表示，則每1℃第1pH變化0.0033pH值。

這也就是說：對于20~30℃之間和7pH左右的測量來講，不需要對溫度變化進行補償；而對于溫度＞30℃或＜20℃和pH值＞8pH或6pH的應用場合則必須對溫度變化進行補償。

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