내 친구가 pH의 정의를 살펴보고 음의 pH 수준을 가질 수 있는지 궁금해했습니다. 아래 방정식에서 확실히 가능해 보입니다. $ \ ce {H +} $ 이온의 $ 1.1 $ (또는 $ \ gt 1 $) 몰 솔루션 : $$ \ text {pH} =-\ log ([\ ce {H +}]) $$ ($ [\ ce {X}] $는 $ \ frac {\ text {mol}} {\ text {L}} $에서 $ \ ce {X} $의 농도를 나타냅니다. )
$ [\ ce {H +}] = 1.1 \ \ frac {\ text {mol}} {\ text {L}} $이면 $ \ mathrm {pH} =-\ log ( 1.1) \ approx -0.095 $
그래서, 음의 pH를 가진 물질을 만드는 것이 이론적으로 가능합니다. 그러나 물리적으로 가능합니까 (예 : 실제로 여전히 그 방정식과 일관되게 작동하는 1.1 몰 산을 실험실에서 만들 수 있습니까?)
댓글
- pH 척도의 $ 0 $는 우리 단위 시스템의 인공물입니다. 물리적으로 $ 1 \ textrm {mol dm} ^ {-3} $ (pH $ 0 $) 농도에 대한 특별한 것은 없습니다 $ 1 \ textrm {lb-mol ft} ^ {-3} $ .
답변
1 개의 발행물 : “ 음의 pH는 존재합니다.”, KF Lim, J. Chem. 교육. 2006 , 83 , 1465 . 초록 전체 인용 :
pH가 0에서 14 사이라는 오해는 대중 과학 서적, 교과서, 개정 가이드 및 참고 자료에서 계속되었습니다. 책.
기사 텍스트는 몇 가지 반례를 제공합니다.
예 : 시판중인 농축 HCl 용액 (질량 기준 37 %)은 $ \ mathrm {pH} \ 약 -1.1 $이고 포화 NaOH 용액은 $ \ mathrm {pH} \ 약 15.0 $입니다.
답변
확실히 이론적으로 가능합니다. $ \ ce {pH 0} $ :
$ \ ce {-log [H +] < 0 \\ log [H +] > 0 \\ [H +] > 1} $
당신이 말했듯이 수소 이온 농도가 1을 초과하는 용액 이론적으로는 $ \ ce {pH} $가 음수 여야합니다. 즉, 이러한 극한의 농도에서 유용성과 정확도는 $ \ ce {pH} $ 척도의 cy는 여러 가지 이유로 분해됩니다.
일반적으로 “강한”으로 분류 된 산조차 실제로 100 % 해리되지 않습니다. 실제로, 이들의 해리는 본질적으로 평형 과정이기도하지만 이는 매우 높은 농도에서만 명백해집니다. 용액이 더 농축됨에 따라 추가 산은 완전히 용해 될 수 없으며 화학적 평형은 점차적으로 해리에 유리하기 시작합니다. 따라서 용액이 점점 포화됨에 따라 해리의 정도가 안정되기 시작하고 수소 이온 농도가 실제 상한에 도달합니다. 또한, 열역학적 활동의 대용으로 몰 농도를 통해 측정 된 $ \ ce {pH} $는 극한 농도에서 본질적으로 부정확합니다. 농도 의존적 방식으로자가 이온화에 의한 별개의 화학 종의 형성과 같은 다른 현상은 상황을 더욱 복잡하게 만듭니다 (예 : 농축 황산에서 $ \ ce {H3SO4 +} $, 농축 물에서 $ \ ce {H2F +} $ 생성). 불화 수소산 등).
강산의 고농축 용액의 경우 $ \ ce {pH} $의 한계를 초과하는 기능을하는 $ \ ce {pH} $에 대한 대체 / 확장 제가 존재합니다 (참조 : , 예를 들어 Hammett 산도 함수 ).
음수 $ \ ce {pH} $의 용액이 실제로 실험적 이었는지 여부는 준비되거나 관찰되면 대답은 예입니다. 다음은 산성 광산 수에서 $ \ ce {pH} $의 측정치를 설명하는 1 개의 기사 에 대한 링크입니다. 여기에는 $ -3.6 $의 수치가 나와 있습니다.
댓글
- 나는 귀하의 답변에 전적으로 동의합니다. pH는 수용액의 대량 행동 법칙 ($ 25 ^ \ circ {} C $), 따라서 $ \ ce {pH =-\ log_ {10} c (H3O +)} $, $ \ ce {K_ {w} = [H3O +] \ cdot [{} ^ {-} OH] \ approx14} $. 이것은 또한 이러한 산도를 측정하기 어려운 이유 중 하나입니다. 또한 온도에 따라 높은 온도라는 점도 언급 할 가치가 있습니다. ($ K = \ exp \ {-\ frac {\ Delta G} {RT} \ } $).
- @GregE. pH를 -log [H +]로 논의한 다음 pH = -3.6이 가능하다고 말하는 것은 ‘ 다소 모순됩니다. . 1000 몰이 넘는 하이드로 늄 이온을 1 리터에 담을 수있는 방법은 없습니다! -3.6 값은 pH =-log (H + 활성)를 설명하는 경우에만 의미가 있으며 이는 -3.6 값 가능 -log [H +] instea d는 광산 물의 경우 약 -1입니다.
- @Dave 귀하의 의견이 확실하지 않습니다. 괄호는 기술적으로 활동을 의미한다고 생각했습니다. 일반적인 사용의 농도에 비례한다고 가정합니다. ‘
Answer
농도가 1mol / L 이상인 강산 용액은 pH가 음수입니다. 3M $ \ ce {HCl} $, 6M $ \ ce {HNO3} $와 같이 일반적으로 사용되는 강산 용액 농축액에 대해 생각해보십시오. 음의 pH는 실제로 매우 흔합니다.
답변
가능합니다.
물 1 몰에 $ \ ce {HCl} $ 3 몰을 넣었다고 가정 해 보겠습니다. $ \ ce {HCl} $, 강산은 $ \ ce {H +} $ 및 $ \ ce {Cl-} $ 이온으로 완전히 해리됩니다.
$$ \ ce {HCl-> H + + Cl-} $$
완전한 해리 후 $ [\ ce {H +}] = 3 ~ \ mathrm {mol / L} $ (무시 물 자체의 아주 작은 기여)
정의에 따라 $$ \ mathrm {pH} =-\ log [\ ce {H +}] $$
따라서 $ \ mathrm {pH} =-\ log 3 = -0.48 $
따라서 $ \ ce {[H +]} $가 1 몰 이상인 강산 용액을 가질 수 있습니다. pH는 음수입니다.
댓글
- 강산의 농축 용액이 훌륭한 반례라는 데 동의하지만이 치료법에 대해 언급해야합니다. 약간 단순한 것에 접해 있습니다. pH는 $ \ ce {H +} $ 활동의 음의 로그로 엄격하게 정의되며 활동 값은 특히 높은 농도에서 농도 값에서 벗어납니다. 예를 들어, 표준 수소 전극은 실제로 1.18M HCl을 사용하여 $ a _ {\ ce {H +}} = 1 $를 보장합니다.
- 음의 pH 값이 가장 확실하게 가능하지만 (모든 다른 답변), pH 척도가 0-14 사이라는 아이디어에 실용적인 요소가 있습니다. 대부분의 상업용 pH 측정기, 교육 환경 (및 많은 상업용 설정)에서 사용되는 pH 측정기는 매우 높고 낮은 pH로 이동할 때 상당한 오류가 발생합니다. 또한 1 미만의 pH 값을 측정하면 산이 유리 및 프로브의 다른 구성 요소를 공격하기 때문에 많은 pH 미터가 손상 될 수 있습니다.
Answer
$ \ mathrm {pH} < 0 $를 가질 수 있으며 물질을 만들 필요가 없습니다. 강한 무기산 중 하나 (즉, 황산처럼 해리 상수가 1000 이상인 것) 그리고 여기 있습니다.
Answer
위에서 많이 논의했지만 가장 많이 기록 된 $ \ mathrm {pH} $는 $ \ mathrm {pH} \ {-25} $가 포함 된 플루오르 안티몬 산이므로 기술적 인 부분은 다루지 않겠습니다.
댓글
- 좀 더 배경과 지루한 기술을 추가하면 실제로 좋은 답변을 얻을 수 있습니다. ‘의 현재 상태,이 답변은 더 이상 주제에 대한 새로운 통찰력을 제공하지 않습니다.
- It ‘는 pH가 아니라 pKa 값입니다.
답변
pH 척도가 적용됩니다. $ 1 ~ \ mathrm {M} $에서 $ \ mathrm {10} ^ {-14} \, \ mathrm {M} $까지의 농도 값에 대해서는 0에서 14까지 참조합니다. 이 범위는 실험실에서의 일반적인 계산을 쉽게 수행 할 수 있도록합니다. 이 스케일은 실온에 있음에 유의해야합니다. 온도를 높이면 한계가 변경됩니다. 예를 들어 $ 100 \, \ mathrm {^ \ circ C} $에서 순수한 물의 pH는 $ 7 $가 아니라 $ 6.14 $입니다. 따라서 온도에 따라 눈금이 바뀌 었다는 것을 알 수 있습니다.
댓글
- 정말 잘못되었습니다. 예, pH는 서로 다른 온도에서 변하지 만 그것이 pH 척도에 ” 한계 “가 있다는 의미는 아닙니다. “이 범위는 실험실에서 일반적인 계산을 쉽게 수행 할 수 있도록합니다. “-그런 것은 아닙니다.
Answer
$ \ mathrm {pH} $ 은 본질적으로 규칙입니다. . 일반적으로 사용되는 용액의 농도가 구간 pan 클래스에 있기 때문에 $$-\ log_ {10} [\ ce {H +}] $$ 로 정의됩니다. = “math-container”> $$ [10 ^ {-14} \ \ mathrm {mol / L}, 1 \ \ mathrm {mol / L}] $$ 및 따라서 $ \ mathrm {pH} $ 는 $$ [0,14] $$ 에 있습니다. 그러나 수용액이 $ \ mathrm {pH} $ .유일한 제약 조건 : $$ [\ ce {H +}] \ lt [\ ce {H2O}] _ \ text {liquid} $$ 및 $$ [\ ce {OH-}] \ lt [\ ce {H2O}] _ \ text {liquid} $$ 첫 번째 제한 사례는 모든 물이 $ \ ce {H +} $ , 이는 사실이 아닙니다. $ \로 변한 물이 있어야하기 때문입니다. ce {OH-} $ : $$ K_ \ mathrm w = [\ ce {H +}] [\ ce {OH-}] $$ 하지만 $$ [\ ce {H2O}] _ \ text {liquid} = \ frac {1 \ \ mathrm {mol}} {18 \ \ mathrm g} \ frac {1000 \ \ mathrm g} {1 \ \ mathrm L} = 55.6 \ \ mathrm {mol / L} $$ 그리고 $$ [\ ce {H +} ] \ lt55.6 \ \ mathrm {mol / L} $$ 마지막 사례는 $$ [\ ce {OH-}] \ lt [\ ce {H2O }] _ \ text {liquid} $$ ( $ K_ \ mathrm w = 10 ^ {-14} $ 고려) $$ [\ ce {H +}] \ gt \ frac { 10 ^ {-14}} {55.6} \ \ mathrm {mol / L} $$ 그런 다음 $$ \ frac {10 ^ {-14}} {55.6} \ \ mathrm {mol / L} \ lt [\ ce {H +}] \ lt55.6 \ \ mathrm {mol / L} $$ $$-\ log_ {10} (55.6) \ lt- \ log_ {10} [\ ce {H +}] \ lt- \ log_ {10} \ left (\ frac {10 ^ {-14}} {55.6} \ right) $$ $$-1.74 \ lt \ mathrm {pH} \ lt15.74 $$
댓글
- 이것은 실온의 수용액에 유효합니다. $ K_w $는 값과 물의 밀도가 약 1g / mL라고 가정합니다.
- I ‘ 당신은 pH의 대략적인 정의로 시작했고, 이로 인해 나머지 파생이 잘못되었습니다. pH는 농도가 아니라 양성자의 화학적 활성 에 의해 정의됩니다. 활동 계수는 농축 솔루션의 1과 크게 다를 수 있으므로 제안 된 한계를 초과 할 수 있습니다.