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pH值是什么意思 pH值的范围是多少【详解】

尼克
发布: 2025-12-17 17:44:59
原创
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pH值是氢离子活度的负对数,定义为pH = -log₁₀[H⁺],由Sørensen于1909年提出;其变化1单位对应[H⁺]10倍变化,无量纲但受温度和离子强度影响。

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一、pH值的科学定义

pH值是溶液中氢离子活度的负对数,数学表达为pH = -log₁₀[H⁺],其中[H⁺]代表氢离子浓度(单位:mol/L)。该定义由丹麦生物化学家Søren Sørensen于1909年提出,用于简化极小浓度值的表述。

1、氢离子浓度每变化10倍,pH值相应变化1个单位。

2、pH值并非直接测量量,而是通过电极响应或比色反应间接推算得出。

3、严格意义上,pH值无量纲,但其数值依赖于温度与离子强度;标准测定通常在25℃下进行。

二、pH值的标准数值范围

常规水溶液的pH标度被划分为0至14的连续区间,该范围覆盖绝大多数自然与人工体系的酸碱状态,但并非绝对边界——超酸(如氟锑酸,pH ≈ -25)与超碱(如熔融NaOH,pH > 15)在特殊条件下亦存在。

1、pH :溶液呈酸性,[H⁺] > 10⁻⁷ mol/L。例如:胃液(pH 0.9–1.5)、柠檬汁(pH 2.0–2.6)、黑醋(pH 2.4–3.4)。

2、pH = 7:溶液呈中性,[H⁺] = [OH⁻] = 10⁻⁷ mol/L(25℃纯水)。例如:蒸馏水(经严格脱气与CO₂隔离后)、缓冲校准液pH 7.00。

3、pH > 7:溶液呈碱性,[H⁺]

三、人体关键体液的pH参考区间

生物系统对pH高度敏感,微小偏移即可影响酶构象与膜电位,因此各生理腔室维持特定pH稳态。

1、动脉血:正常范围为7.35–7.45,属弱碱性;低于7.35为酸中毒,高于7.45为碱中毒。

2、胃液:空腹时pH约为1.0–2.0,进食后短暂升至3–5,强酸环境保障蛋白酶活性并抑制病原体。

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3、皮肤表面:健康东方人角质层pH为4.5–6.5,弱酸性环境支持屏障功能与菌群平衡。

4、尿液:动态波动于4.5–8.0之间,受膳食(高蛋白饮食促酸化)、肾功能及药物显著影响。

四、pH值偏离7的物理化学本质

pH值偏离中性并非仅因加入“酸”或“碱”,而取决于溶液中H⁺与OH⁻的相对活度平衡。水的自耦电离常数K_w = [H⁺][OH⁻] = 1.0×10⁻¹⁴(25℃),故任何水相体系必满足此约束。

1、向水中加入HCl,[H⁺]升高,[OH⁻]被动压低至10⁻¹³ mol/L以下,pH下降。

2、向水中加入NaOH,[OH⁻]升高,[H⁺]被动压低至10⁻¹³ mol/L以下,pH上升。

3、缓冲溶液(如磷酸盐、碳酸氢盐)可抵抗外源H⁺或OH⁻冲击,使pH变化幅度显著减小。

五、常见误读澄清

公众常将pH值简单等同于“酸味”或“腐蚀性”,实则二者无直接对应关系;pH描述热力学倾向,而感官或腐蚀表现还取决于阴离子种类、总浓度及氧化还原能力。

1、pH 3的醋酸溶液刺激性弱于pH 1的盐 酸,因醋酸为弱电解质,实际[H⁺]释放缓慢且部分以分子态存在。

2、pH 12的氨水碱性弱于pH 12的氢氧化钠溶液,因NH₃为弱碱,其OH⁻主要来自NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻平衡,总碱储量较低。

3、强酸弱碱盐(如AlCl₃)水溶液呈酸性,强碱弱酸盐(如Na₂CO₃)水溶液呈碱性,体现盐类水解对pH的调控作用。

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