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溶液的ph值和水的离子积的基础知识介绍

学习本章的目的有三个:一是掌握ph值及其与溶液酸碱性的关系、酸碱指示剂理论;二是掌握配制缓冲溶液所需要的知识和方法;三是为后续课程学习有关体内酸碱平衡理论提供必要的基础知识。本国家职业技能鉴定培训小编总结以下知识,以供学员自行学习。人的各种体液都有一定的ph值,而且不容易改变,因此能保证人体正常的生理活动。人的体液之所以具有一定的ph值,是由于它本身就是缓冲溶液,具有抵抗外来少量强酸或强碱的能力,从而能够稳定溶液的ph值。溶液中进行的化学反应,特别是生物体内的化学反应,往往需要在一定的ph值条件下才能正常进行。

一、溶液的ph值

在纯水或中性溶液中,25℃时。当向水中加入酸时,溶液中[h ]就会增大,设达到新的平衡时该溶液的[h ]为1.0×10-2mol·l-1,因[h ][oh-]=1.0×10-14,则可见,在酸性溶液中,[h ]>1.0×10-7 mol·l-1,而[oh-]<1.0×10-7 mol·l-1.

溶液的ph值是氢离子浓度的负对数值。它的数学表示式为:ph=-lg[h ],即[h ]=10-ph(3-3)严格地说,考虑活度时:pα =lgαh (3-4)必须注意,ph值每相差一个单位时,其[h ]相差10倍;ph值相差二个单位时,[h ]相差100倍;依此类推。用ph值表示稀的水溶液的酸碱性,则有“在纯水或中性溶液中, [h ]=1.0×10-7 mol·l-1 ph=7        在酸性溶液中, [h ]>1.0×10-7 mol·l-1 ph<7 ,ph越小,则酸性越强。在碱性溶液中, [h ]<1.0×10-7 mol·l-1 ph>7,ph越大,则碱性越强。和ph相仿,[oh-]和kw也可用它们的负对数来表示,即poh=-lg[oh-] (3-5) pkw=-lgkw (3-6)    由于在25℃时,[h ][oh-]=kw =1.0×10-14将方程两边取负对数,则得-lg[h ]-lg[oh-]=-lgkw=-lg1.0*10-14 所以 ph poh=pkw=14 (3-7)      水溶液中[h ],[oh-],ph,poh值与溶液酸碱性的关系。在实际应用中,ph值一般只限于0-14范围内。当 [h ]或[oh-]大于(即100)时,就不再采用ph值,而仍用[h ]或[oh-]表示溶液的酸碱性。如果向纯水中加入碱时,溶液中[oh-]就会增大,设达到新的平衡时该溶液的[oh-]为1.0×10-2mol·l-1,同理计算出[h ]=1.0×10-12 mol·l-1。可见,在碱性溶液中[oh-]>1.0×10-7mol·l-1,而[h ]<1.0×10-7 mol·l-1。由上述三种情况可知:在纯水或中性溶液中 [h ]=1.0×10-7 mol·l-1=[oh-]、在酸性溶液中[h ]>1.0×10-7 mol·l-1>[oh-]、在碱性溶液中[h ]<1.0×10-7 mol·l-1<[oh-]当然,[h ]或[oh-]都可用来表示溶液中的中性、酸性或碱性,但实际应用中多采用[h ]来表示。但是,在生物学与医学上许多重要溶液的[h ]往往是一个很小的数值,而且带有负指数,用[h ]表示溶液的酸碱性不方便。例如,人的血液[h ]为0.0000000398mol·l-1,即3.98×10-8 mol·l-1,血液究竟是酸性还是碱性,不容易看清楚。索仑生(sorensen)首先提出用ph值表示水溶液的酸碱性。

必须注意,用ph值表示的是溶液的酸度或有效酸度而不是酸的浓度。酸度或有效酸度是指溶液中h 浓度,严格地说是指h 的活度,是指已离解部分酸的浓度。酸的浓度也称总酸度或分析浓度,它是指在1升溶液中所含酸的物质的量,包括已离解和未离解两部分酸的总浓度,其大小要用滴定分析来确定。酸度或有效酸度则用ph试纸或ph计来测定。潜在酸度是指未离解部分的浓度,即总酸度与有效酸度之差。例如,0.01mol·l-1hcl和0.01 mol·l-1hoac的浓度相同,但有效酸度不同。0.01 mol·l-1hcl溶液总酸度为0.01mol·l-1,其有效酸度[h ]也是相同数值,25℃时,总酸度为0.01 mol·l-1的hoac溶液,其有效酸度[h ]则仅为4.2×10-4mol·l-1。

二、水的离子积

水是一种既能释放质子也能接受质子的两性物质。水在一定程度上也微弱地离解,质子从一个水分子转移给另一个水分子,形成h3o 和oh-。达到平衡时,可得水的离解常数ki或[h2o ][oh-]=k1[h2o]2,由于水的离解度极小,[ho]数值可以看作是一个常数,令k1[h2o]2等于另一新常数kw,则[h3o ][oh-]=kw,kw称为水的离子积常数,简称水的离子积。上式表示在一定温度时,水中氢离子浓度与氢氧离子浓度的乘积为一常数(表3-1)。25℃时,由实验测出在纯水中[h3o ]和[oh-]各为1.0×10-?7mol·l-1。通常将水合离子h3o 简写为h 。水的离子积和溶液的ph值 由于水离解时要吸收大量的热,所以温度升高,水的离解度和kw也相应地增大。水的离子积原理不仅适用于纯水,也适用于一切稀的水溶液。在任何稀的水溶液中,不论[h ]和[oh-]怎样改变,它们的乘积总是等于kw。

三、ph值在医学上的应用

ph值可以确定人体的酸碱成都,在很多领域中都有运用,其中在医学上常用ph来表示体液的酸碱性。ph值在医学上具有很重要的意义,例如,正常人血浆的ph值相当恒定,应该保持在7.35-7.45之间,如果血液的ph值小于7.3时,则表现出明显的酸中毒;若血液的ph值大于7.5,在临床上就表现出明显的碱中毒.当测定溶液中ph值的方法很多,临床上常用ph试纸测定病人尿液的ph值。更为精确的测定ph值,要使用ph计。