新款pH計(jì)原理以及測量要點(diǎn)
原理
什么是pH?pH是拉丁文"Pondus hydrogenii"詞的縮寫(Pondus=壓強(qiáng)、壓力hydrogenium=氫),,用來量度物質(zhì)中氫離子的活性,。這活性直接關(guān)系到水溶液的酸性、中性和堿性,。水在化學(xué)上是中性的,但不是沒有離子,,即使化學(xué)純水也有微量被離解:嚴(yán)格地講,,在與水分子水合作用以前,氫核不是以自由態(tài)存在,。
H2O H2O=H3O OHˉ,,由于水合氫離子(H3O)的濃度是與氫離子(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(xué)中表示為"H離子"或"氫核",。水合氫核表示為"水合氫離子"。負(fù)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,因此水的質(zhì)量摩爾濃度實(shí)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-=10·10=10mol/l(25℃)
也就是說對于升純水在25℃時存在10摩爾H3O離子和10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10mol/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,,如果使OHˉ離子游離,那么溶液就是堿性的,。所以,,給出H值就足以表示溶液的性,呈酸性還是堿性,,為了免于用此分子濃度負(fù)冪數(shù)行運(yùn)算,,生物學(xué)家澤倫森(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(xué)上定義pH值為氫離子濃度的常用對數(shù)負(fù)值,。即pH=-log[H]。
因此,,pH值是離子濃度以10為底的對數(shù)的負(fù)數(shù):
改變50m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(xué)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(xué)反應(yīng)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)由二個半電池構(gòu)成,,其中個半電池稱作示電,,它的電位與定的離子活度有關(guān),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(dǎo)線制成,在導(dǎo)線和溶液的界面處,,由于金屬和鹽溶液二種物相中銀離子的不同活度,,形成離子的充電過程,并形成定的電位差,。失去電子的銀離子溶液,。當(dāng)沒有施加外電流行反充電,,也就是說沒有電流的話,這過程終會達(dá)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類電。
此電位的測量是相對個電位與鹽溶液的成分無關(guān)的參比電行的,。這種具有立電位的參比電也被稱為二電,。對于此類電,金屬導(dǎo)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陰離子的電解質(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。
此二種電之間的電壓遵循能斯(NERNST)公式:
式中:E-電位
E0-電的標(biāo)準(zhǔn)電壓
R-氣體常數(shù)(8.31439焦耳/摩爾和℃)
T-開氏對溫度(例:20℃相當(dāng)于(273.15 20)293.15開爾文)
F-法拉常數(shù)(96493庫化/當(dāng)量)
n-被測離子的化合價(銀=1,,氫=1)
ln(aMe)-離子活度aMe的對數(shù)
標(biāo)準(zhǔn)氫電是所有電位測量的參比點(diǎn),。標(biāo)準(zhǔn)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(xué)中所有電位測量所參照的半電池電位或電電位。其中氫電作為參比電在實(shí)踐中很難實(shí)現(xiàn),,于是使用二類電做為參比電,。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(yīng),。