
氫離子濃度(Hydrogen Ion Concentration)是溶液酸堿度的核心量化指标,指單位體積溶液中氫離子(H⁺)的物質的量,通常用符號[H⁺] 表示,單位為摩爾每升(mol/L)。以下是詳細解釋:
化學本質
氫離子濃度直接反映溶液的酸性強度。在稀水溶液中,H⁺常以水合氫離子(H₃O⁺)形式存在,其濃度範圍通常在10⁻¹至10⁻¹⁴ mol/L之間。根據國家标準《GB 3102.8-1993 物理化學和分子物理學的量和單位》,該量被定義為"質子活度的負對數"的衍生量。
與pH的關系
實際應用中常用pH值表征酸堿度,其定義為:
$$ text{pH} = -log_{10}[H^+] $$
例如[H⁺]=10⁻⁷ mol/L時,pH=7(中性)。該公式由丹麥生物化學家Sørensen于1909年首次提出,現為國際通用标準(IUPAC推薦)。
方法 | 原理 | 精度 | 適用場景 |
---|---|---|---|
玻璃電極法 | 電勢差測量 | ±0.01pH | 實驗室精準分析 |
酸堿指示劑 | 顔色變化 | ±0.5pH | 快速現場檢測 |
光譜法 | 離子特征吸收峰 | ±0.001pH | 超純水系統監測 |
氫離子濃度是溶液化學性質的核心參數之一,其解釋可從以下幾個方面展開:
氫離子濃度指單位體積溶液中氫離子(H⁺)的物質的量,計算公式為: $$ c(H^+) = frac{n(H^+)}{V} $$ 其中,( n(H^+) )為物質的量,( V )為溶液體積(單位:mol/L)。需注意,H⁺不僅來自溶質(如酸的電離),還可能源于水的微弱電離(如純水中H⁺與OH⁻濃度均為 ( 1 times 10^{-7} , text{mol/L} ))。
pH是氫離子濃度的常用對數的負值,即: $$ text{pH} = -lg [H^+] $$ 例如,當 ([H^+] = 0.01 , text{mol/L}) 時,pH為2。pH的符號規範中,“p”小寫源于拉丁文“pondus”(意為“量”),而“H”大寫表示氫元素符號。
常溫(25℃)下,水溶液中氫離子與氫氧根離子濃度的乘積為離子積常數: $$ [H^+][OH^-] = 1 times 10^{-14} $$ 這一關系是酸堿平衡的基礎。
擴展說明:在稀溶液中,通常用濃度近似代替活度,但高濃度或複雜體系中需考慮活度系數修正。
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