在日常生活及工农业生产中,我们常会遇到各种具有一定酸性或碱性的水溶液。例如,普通的肥皂水一般呈碱性,而食醋则是酸性溶液;农村常用的液态氮肥——氨水是碱性溶液,而化工厂里的硫酸、盐酸、硝酸等均为酸性溶液。然而,在工农业生产和科学实验中,如果仅仅只知道溶液的酸碱性是远远不够的。如食醋,其醋酸的含量仅为3〜5%,由于其酸度较低,故对人体不会造成危害。相反,经常食用少量食醋,还能帮助胃酸消化食物,增强人的食欲。因此,食醋已成为人们餐桌上不可缺少的调味佳品。但是,高浓度的醋酸却有很强的腐蚀作用,平时我们在使用时,如一不小心就会烂坏衣服或灼伤皮肤。可见,同样的酸或碱,如果浓度或酸碱度不同,其性质会有很大的差别。所以为了解各种溶液的酸碱强度,就必须选用一种科学的方法来表示溶液酸碱度的大小。
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在任何含酸或碱的水溶液中,都存在着氢离子和氢氧根离子。而溶液的酸性或碱性的强弱,就是由这两种离子浓度的相对大小来决定的。溶液中氢离子浓度越高,该溶液的酸性就越强;相反,如果是氢氧根离子浓度越高,则说明溶液的碱性越强。化学家们还发现,在溶液中氢离子和氢氧根离子之间,存在着十分有趣的关系,即在一定温度下,氢离子浓度和氢氧根离子浓度的乘积是一个不变的常数。就是说在任何水溶液中,氢离子浓度越高,则氢氧根离子浓度就越低;反之也一样。这样,人们在测试溶液的酸碱度时,只要测试级离子浓度就可以知道溶液的酸性或碱性的强弱了。例如,在100毫升水中注入约2.7毫升98%的浓硫酸,得到的稀硫酸的氢离子浓度约为1M(M为化学中常用的浓度单位,在此表示该酸溶液每升所含的氢离子数目为6.023×1023个);纯水的氢离子浓度为10-7M。而碱性溶液中氢离子浓度还要小许多。从这几个实例中已不难看出,各种溶液氢离子浓度的差异是很大的,一般较高酸度和较高碱度之间,其氢离子浓度要相差100万亿倍,甚至更多。这样,不管用什么浓度单位来描述溶液的酸碱度,都会因其数值悬殊太大而给书写、计算带来麻烦。为了能方便、清晰地反映各种溶液的酸碱度,化学家们就采用了PH值来表示。
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pH值中的H,意思即指氢离子浓度,因为氢的元素符号就是H。而pH值指的是氢离子浓度的负对数。例如纯水中氢离子浓度为10-7M,10-7的对数值为-7,其负值即为7,故纯水的pH值=7。当溶液的pH值=7时,溶液中氢离子浓度等于氢氧根离子浓度,此时溶液呈中性。再如上述提到的稀硫酸,其氢离子浓度为1M,1的负对数值为0,所以该酸液的pH值=0。如某一碱液的氢离子浓度为10-14M,那么依此类推,该液的pH值应为14。由此可见,当pH值<7时,说明溶液呈酸性,pH值越小,表示氢离子浓度越大、酸性越强。pH值>7时,说明溶液呈碱性,pH值越大,表示氢离子浓度越小,碱性越强。这样,通常情况下只要用0〜14之间的数值,即可表示各种溶液的不同酸碱度了。无疑,用pH值来表示溶液酸碱度的大小,不仅清晰、精确,而且大大方便了书写、运算及交流。