私の友人は、pHの定義を調べていて、負のpHレベルにすることが可能かどうか疑問に思っていました。以下の式から、それは確かに可能であるように思われます— $ \ ce {H +} $イオンの$ 1.1 $（または何か$ \ gt 1 $）モル溶液を持っているだけです：$$ \ text {pH} =-\ log（[\ ce {H +}]）$$（ここで、$ [\ ce {X}] $は$ \ frac {\ text {mol}} {\ text {L}} $における$ \ ce {X} $の濃度を示します。 ）
$ [\ ce {H +}] = 1.1 \ \ frac {\ text {mol}} {\ text {L}} $の場合、$ \ mathrm {pH} =-\ log（ 1.1）\ approx -0.095 $
したがって、理論的に負のpHの物質を作成することは可能です。しかし、それは物理的に可能ですか（たとえば、ラボで1.1モルの酸を作成しても、実際にはその方程式と一貫して動作します）？
コメント
- pHスケールの$ 0 $は、私たちの単位系のアーティファクトです。物理的には、濃度$ 1 \ textrm {mol dm} ^ {-3} $（pH $ 0 $）については、濃度$ 1 \ textrm {lb-mol ft} ^ {-3} $について特別なことは何もありません。 。
回答
1つの出版物： “負のpHは存在します」、KF Lim、 J。化学。教育 2006 、 83 、1465 。要約を完全に引用する：
pHが0から14の間にあるという誤解は、人気のある科学の本、教科書、改訂ガイド、およびリファレンスで永続化されています。
記事のテキストにはいくつかの反例があります：
たとえば、市販の濃塩酸溶液（37質量％）は$ \ mathrm {pH} \ approx -1.1 $で、飽和NaOH溶液は$ \ mathrm {pH} \約15.0 $です。
回答
理論的には確かに可能です。$ \ ce {pH 0} $：
$ \ ce {-log [H +] < 0 \\ log [H +] > 0 \\ [H +] > 1} $
つまり、あなたが言ったように、水素イオン濃度が1を超える溶液理論的には負の$ \ ce {pH} $が必要です。とはいえ、これらの極端な濃度では、実用性と精度は$ \ ce {pH} $スケールのcyは、さまざまな理由で故障します。
従来「強い」と分類されていた酸でさえ、実際には100％解離しません。実際には、それらの解離も本質的に平衡過程ですが、これは非常に高い濃度でのみ明らかになります。溶液がより濃縮されるにつれて、追加の酸を完全に溶媒和することはできなくなり、化学平衡は次第に解離を促進し始めます。したがって、溶液がますます飽和するにつれて、解離の程度はプラトーになり始め、水素イオン濃度はいくつかの実用的な上限に近づきます。さらに、熱力学的活性の代用としてモル濃度を介して測定された$ \ ce {pH} $は、極端な濃度では本質的に不正確です。濃度依存的な自己イオン化による別個の化学種の形成などの他の現象は、事態をさらに複雑にします（たとえば、濃硫酸での$ \ ce {H3SO4 +} $の生成、濃硫酸での$ \ ce {H2F +} $の生成）フッ化水素酸など）。
強酸の高濃度溶液の場合、$ \ ce {pH} $の制限を超えて機能する、$ \ ce {pH} $の代替/拡張が存在します（を参照）。 、たとえば、ハメット酸性度関数）。
負の$ \ ce {pH} $の溶液が実際に実験的に行われたかどうかについて準備または観察された場合、答えはイエスです。ここに「酸性鉱山水中の$ \ ce {pH} $の測定について説明しているの1つの記事へのリンクがあります。これは$ -3.6 $の数字を引用しています。
コメント
- 私はあなたの答えに完全に同意します。覚えているように、pHは水溶液中の質量作用の法則に基づいています（$ 25 ^ \ circ） {} C $）、したがって$ \ ce {pH =-\ log_ {10} c（H3O +）} $、$ \ ce {K_ {w} = [H3O +] \ cdot [{} ^ {-} OH] \ upperx14} $。これは、これらの酸性度を測定するのが難しい理由の1つでもあります。また、温度に大きく依存することにも言及する価値があります。（$ K = \ exp \ {-\ frac {\ Delta G} {RT} \ } $）。
- @GregE。' pHを-log [H +]として説明し、pH = -3.6が可能であると言うのはやや矛盾しています。 。1000モルを超えるヒドロニウムイオンを1リットルに詰め込む方法はありません！-3.6の値は、pH = –log（H +活性）であり、濃度からの活性の偏差であると説明した場合にのみ意味があります。可能な値-3.6。-log[H +] instea鉱山の水ではdは約-1になります。
- @Daveあなたのコメントはよくわかりません。括弧は技術的には活動を意味すると考えました。 'は通常の使用における濃度に比例すると仮定します。
回答
1 mol / Lを超える濃度の強酸溶液はすべて負のpHになります。 3M $ \ ce {HCl} $、6M $ \ ce {HNO3} $など、一般的に使用される強酸溶液を考えてみてください。負のpHは実際には非常に一般的です。
回答
それは非常に可能性があります。
1モルの水に3モルの$ \ ce {HCl} $を入れたとしましょう。強酸である$ \ ce {HCl} $は、次のように$ \ ce {H +} $イオンと$ \ ce {Cl-} $イオンに完全に解離します。
$$ \ ce {HCl- > H + + Cl-} $$
完全に分離した後、$ [\ ce {H +}] = 3〜 \ mathrm {mol / L} $（無視水自体からのごくわずかな寄与）
定義上、$$ \ mathrm {pH} =-\ log [\ ce {H +}] $$
したがって、$ \ mathrm {pH} =-\ log 3 = -0.48 $
したがって、$ \ ce {[H +]} $が1モル以上であり、したがってその強酸の溶液を持つことは非常に可能です。 pHは負です。
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- 強酸の濃厚溶液が優れた反例であることに同意しますが、この処理について言及する必要があります。少し単純化することに国境を接しています。 pHは、$ \ ce {H +} $の活性の負の対数として厳密に定義され、活性の値は、特に高濃度では、濃度の値から逸脱します。一例として、標準水素電極は実際には1.18 M HClを使用して、$ a _ {\ ce {H +}} = 1 $を保証します。
- 負のpH値が最も確実に可能ですが、すべてを参照してください。他の回答）、pHスケールが0〜14になるという考えには実用的な要素があります。教育現場（および多くの商業施設）で使用されているほとんどの商用pHメーターは、非常に高いpHと非常に低いpHに移行すると、かなりの誤差が生じます。さらに、1未満のpH値を測定すると、酸がプローブのガラスやその他のコンポーネントを攻撃するため、多くのpHメーターに損傷を与える可能性があります。
回答
$ \ mathrm {pH} < 0 $にすることができ、物質を作成する必要はありません。強無機酸の1つ（つまり、硫酸のように解離定数が1000を超えるもの）です。
回答
上記で豊富に説明されているため、技術については説明しませんが、記録されている最高の$ \ mathrm {pH} $は、フルオロアンチモン酸と$ \ mathrm {pH} \ {-25} $であるため、可能です。
コメント
- もう少し背景を追加し、退屈な技術を追加することが、実際には良い答えへの道かもしれません。'の現在の状態では、この回答はトピックに対するこれ以上の斬新な洞察を提供しません。
- それ'はpHではなくpKa値です
回答
pHスケールは$ 1〜 \ mathrm {M} $から$ \ mathrm {10} ^ {-14} \、\ mathrm {M} $までの濃度値の0から14としての参照。この範囲は、ラボでの通常の計算を簡単に実行できる範囲です。このスケールは室温であることに注意してください。温度を上げると、制限が変わります。たとえば、$ 100 \、\ mathrm {^ \ circ C} $での純水のpHは$ 6.14 $であり、$ 7 $ではありません。したがって、スケールが温度とともにシフトしていることがわかります。
コメント
- これはまったく正しくありません。はい、pHはさまざまな温度で変化しますが、それはpHスケールに"制限"があることを意味するものではありません。 "この範囲は、ラボでの通常の計算を簡単に実行できる範囲です"-そのようなことはありません。
回答
$ \ mathrm {pH} $ は基本的に慣例です。一般的に使用されるソリューションの濃度はpanclassの間隔にあるため、 $$-\ log_ {10} [\ ce {H +}] $$ として定義されます。 = “math-container”> $$ [10 ^ {-14} \ \ mathrm {mol / L}、1 \ \ mathrm {mol / L}] $$ 、したがって $ \ mathrm {pH} $ は
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- これは、$ K_w $が値を想定し、水の密度が約1g / mLである室温の水溶液に有効です
- I 'まず、pHのおおよその定義から始めたため、残りの導出が正しくありません。 pHは、プロトンの濃度ではなく、プロトンの化学的活性によって定義されます。活量係数は、濃縮溶液では1と大きく異なる可能性があるため、提案された範囲を超えることができます。