GeschichteDie Konzept von p [H] wurde zum ersten Mal von dem dänischen Chemiker Søren Peder Lauritz Srensen am Carls Laboratory in 1909 und revidiert den modernen pH-Wert im Jahr 1924, nachdem sie eingeführt zeigte sich, dass eine elektromotorische Kraft in den Zellen auf die Aktivität abhing anstatt Konzentration von Wasserstoffionen. Es ist nicht bekannt, was die genaue Definition von p. Einige Referenzen legen nahe, die p für ower steht, andere auf dem deutschen Wort beziehen otenz (was bedeutet, Macht in Deutsch), noch andere beziehen sich auf otential. Jens Norby ein Papier veröffentlicht im Jahr 2000 argumentiert, dass p eine Konstante ist und steht für egative Logarithmus; was sich auch in anderen Arbeiten verwendet. H steht dann für Wasserstoff. Nach Angaben der Carls Foundation pH steht für "Energie von Wasserstoff". Andere Vorschläge, die im Laufe der Jahre aufgetaucht sind, dass die p für puissance steht (auch Macht bedeutet aber dann die Carls Laboratory war Französisch sprechend) oder dass pH steht für die lateinischen Begriffe pondus Hydrogenii oder potentia hydrogenii. Es wird auch vorgeschlagen, dass Srensen die Buchstaben p und q verwendet (allgemein Buchstaben in Mathematik gepaart) einfach die Testlösung (p) und die Referenzlösung (q) zu beschriften. Definitionen Mathematical DefinitionpH ist definiert als minus dem dekadischen Logarithmus der Wasserstoffionenaktivität in einer Lösung. Aufgrund seiner logarithmische Natur, ist eine dimensionslose pH quantity.where aH der (dimensionslosen) Aktivität von Wasserstoffionen ist. Der Grund für diese Definition ist, dass aH eine Eigenschaft eines einzelnen Ions ist, die nur experimentell mittels einer ionenselektiven Elektrode gemessen werden kann, die reagiert, nach der Nernst-Gleichung, um Wasserstoffionen-Aktivität. pH-Wert wird üblicherweise mittels einer kombinierten Glaselektrode gemessen, die die Potentialdifferenz mißt, oder elektromotorischen Kraft, E, zwischen einer Elektrode empfindlich gegenüber der Wasserstoffionenaktivität und einer Referenzelektrode, wie beispielsweise eine Kalomelelektrode oder eine Silberchloridelektrode. Die kombinierte Glaselektrode folgt idealerweise die Nernst-Gleichung: wobei E eine gemessene Potential ist, E0 ist das Standardelektrodenpotential, dh das Potential für Elektroden werden die Standard-Zustand, in dem die Aktivität ist. R die Gaskonstante, T die Temperatur in Kelvin ist, F die Faraday-Konstante ist und n die Anzahl der Elektronen übertragen, eine in diesem Fall. Das Elektrodenpotential, E, ist proportional zum Logarithmus der Definition activity.This Wasserstoffionen, von selbst, völlig unpraktisch, da die Wasserstoffionenaktivität das Produkt der Konzentration und einem Aktivitätskoeffizient ist. Die Einzelionenaktivitätskoeffizient des Wasserstoffions ist eine Menge, die experimentell nicht gemessen werden kann. Um diese Schwierigkeit zu erhalten, die Elektrode in Bezug auf die Lösungen bekannter activity.The operationale Definition des pH-Wertes kalibriert ist offiziell von der internationalen Norm ISO 31-8 wie folgt definiert: Für eine Lösung X, zunächst die elektromotorische Kraft EX der galvanischen messen Cellreference Elektrode | konzentrierte Lösung von KCl || Lösung X | H2 | Ptand dann messen auch die elektromotorische Kraft ES einer galvanischen Zelle, die nur durch den Ersatz der Lösung X unbekannter pH, pH-Wert (X), gefolgt von einer Lösung S eines bekannten Standard-pH, pH (S) aus dem obigen unterscheidet. Der pH-Wert von X ist anschließenddas Differenz zwischen dem pH der Lösung X und der pH-Wert der Standardlösung nur auf der Differenz zwischen zwei gemessenen Potentialen abhängt. Somit wird pH von einem Potential mit einer Elektrode kalibriert gegen einen oder mehrere pH-Standards gemessen, erhalten wird; einem pH-Meter Einstellung wird so eingestellt, dass der Zähler für eine Lösung eines Standardlese auf den Wert pH gleich ist (S). PH-Werte (S) für eine Reihe von Standardlösungen S, zusammen mit weiteren Einzelheiten werden in den IUPAC-Empfehlungen gegeben. Die Standardlösungen werden oft als Standard-Pufferlösung beschrieben. In der Praxis ist es besser, zwei oder mehr Standardpuffer für kleine Abweichungen von Nernst-Gesetz ideality in Echt Elektroden zu ermöglichen. Man beachte, dass, da die Temperatur in den Bestimmungsgleichungen auftritt, wird der pH-Wert einer Lösung temperatur dependent.Measurement extrem niedrigen pH-Werten, wie beispielsweise einige sehr saure Grubenwässer, erfordert spezielle Verfahren. Kalibrierung der Elektrode in solchen Fällen kann mit Standardlösungen von konzentrierter Schwefelsäure durchgeführt werden, deren pH-Werte können bei der Verwendung von Pitzer Parameter berechnet Aktivität coefficients.pH zu berechnen, ist ein Beispiel für eine Säurefunktion. Wasserstoffionenkonzentrationen können in nichtwässrigen Lösungsmitteln gemessen werden, aber dies führt in der Tat zu einem anderen Säurefunktion, da der Standardzustand für eine nicht-wässrige Lösungsmittel aus dem Standardzustand für Wasser verschieden ist. Supersäuren sind eine Klasse von nicht-wässrigen Säuren, für die die Hammett-Säurefunktion, H0, entwickelt wurde. p [H] Dies war die ursprüngliche Definition Srensen, die zugunsten der pH abgelöst. [wann?] Es ist jedoch möglich, die Konzentration von Wasserstoffionen direkt zu messen, wenn die Elektrode in Bezug auf die Wasserstoffionen-Konzentration kalibriert. Eine Möglichkeit, dies zu tun, die extensiv verwendet worden ist, ist es, eine Lösung mit bekannter Konzentration von einer starken Säure mit einer Lösung bekannter Konzentration an starken Alkali in Gegenwart einer relativ hohen Konzentration von Hintergrundelektrolyten zu titrieren. Da die Konzentrationen von Säure und Alkali bekannt sind, ist es einfach, die Konzentration von Wasserstoffionen zu berechnen, so dass das gemessene Potential kann mit Konzentrationen korreliert werden. Die Kalibrierung erfolgt üblicherweise ein Gran Grundstück mit. Die Kalibrierungs yieds einen Wert für das Standardelektrodenpotential, E0 und einem Neigungsfaktor, f, so daß die Nernst-Gleichung in der formcan verwendet werden, um Wasserstoffionen-Konzentration aus den experimentellen Messungen von E. Der Steigungsfaktor ist in der Regel etwas weniger als eine herzuleiten . Ein Steigungsfaktor von weniger als 0,95 zeigt an, dass die Elektrode nicht korrekt funktioniert. Die Anwesenheit von Hintergrundelektrolyt gewährleistet, dass die Wasserstoffionenaktivitätskoeffizient während der Titration effektiv konstant ist. Da es konstant ist, kann sein Wert durch die Definition der Standardzustand zu einer eingestellt werden die Lösung als den Hintergrund Elektrolyt. Somit ist die Wirkung der Anwendung dieses Verfahrens Aktivität gleich dem numerischen Wert von concentration.The Differenz zwischen p [H] und pH-Wert zu machen, ist recht klein. Es wurde festgestellt, daß pH = p [H] + 0,04. Leider ist es üblich, den Begriff "pH" für beide Arten von Messungen zu verwenden. pOHpOH wird manchmal als ein Maß für die Konzentration der Hydroxid-Ionen verwendet, OH oder Alkalität. pOH- ist nicht unabhängig gemessen, sondern wird von pH-Wert abgeleitet. Die Konzentration der Hydroxid-Ionen in Wasser wird zu der Konzentration von Wasserstoffionen im Zusammenhang mit [OH = KW /[H +] in dem KW die Selbst Ionisationskonstante von Wasser ist. Unter cologarithmspOH = PKW- pH.So, bei Raumtemperatur pOH- 14 pH. Jedoch ist diese Beziehung nicht streng gültig in anderen Umständen, wie in Messungen der Boden Alkalität. ApplicationsSome typischen pH valuesPure Wasser hat einen pH-Wert um 7; Die genauen Werte abhängig von der Temperatur. Wenn eine Säure in Wasser gelöst ist, wird der pH-Wert kleiner als 7 und, wenn eine Base oder Alkali in Wasser gelöst wird, wird der pH-Wert größer als 7. Eine Lösung aus einer starken Säure, wie Salzsäure, bei einer Konzentration von 1 mol dm3 einen pH-Wert von 0. einen pH-Wert von 14 bei einer Konzentration von 1 mol dm3, gemessen pH Werte liegen meist im Bereich von 0 bis 14. da pH eine logarithmische Skala ist somit eine Lösung eines starken Alkalis, wie Natriumhydroxid, hat eine Differenz von einer pH-Einheit zu einem zehnfachen Unterschied in der Wasserstoffionen concentration.Because der Glaselektrode (und andere ionenselektive Elektroden) reagiert Aktivität äquivalent, sollte die Elektrode an die eine derzeit untersucht in einem Medium ähnlich kalibriert werden. Zum Beispiel, wenn man den pH-Wert einer Meerwasserprobe zu messen möchte, sollte die Elektrode in einer Lösung kalibriert werden ähnlich Meerwasser in seiner chemischen Zusammensetzung, wie detailliert below.An ungefähres Maß für pH unter Verwendung eines pH-Indikators erhalten werden können. Ein pH-Indikator ist eine Substanz, die Farbe um einen bestimmten pH-Wert ändert. Es ist eine schwache Säure oder schwache Base und die Farbänderung auftritt, etwa 1 pH-Einheit auf jeder Seite seiner Säuredissoziationskonstante oder pKa, Wert. Zum Beispiel ist das natürlich vorkommende Indikator Lackmus rot in sauren Lösungen (pH & lt; 7) und Blau in alkalischen (pH & gt; 7) Lösungen. Universal-Indikator besteht aus einer Mischung von Indikatoren, dass es eine kontinuierliche Farbänderung von etwa pH 2 bis pH 10 Universalindikatorpapier ist einfach Papier, das mit Universal indicator.Universal Indikator componentsIndicatorLow pH colorTransition pH Rangehigh pH colorThymol blau (erste imprägniert wurde, Übergang) red1.22.8orangeMethyl redred4.46.2yellowBromothymol blueyellow6.07.6blueThymol blau (zweiter Übergang) yellow8.09.6bluePhenolphthaleincolorless8.310.0purpleA Lösung, deren pH 7 wird gesagt, neutral zu sein, das heißt, ist es weder sauer noch basisch. Wasser unterliegt einer Selbst Ionisation process.H2O H + + OHThe Dissoziationskonstante, KW, hat einen Wert von etwa 10-14, so in neutraler Lösung eines Salzes sowohl die Wasserstoffionenkonzentration und Hydroxid-Ionenkonzentration sind etwa 10-7 mol dm-3. Der pH-Wert von reinem Wasser nimmt mit steigenden Temperaturen. Beispielsweise ist der pH-Wert von reinem Wasser bei 50 C 6,55. Beachten Sie jedoch, dass Wasser, das der Luft ausgesetzt worden ist, ist schwach sauer. Dies liegt daran, Wasser Kohlendioxid aus der Luft absorbiert, die dann langsam in Kohlensäure umgewandelt, die Wasserstoffionen zu befreien dissoziiert: CO2 + H2O H2CO3 HCO3 + H + Berechnung des pH für schwache und starke acidsIn Falle einer starken Säure besteht Dissoziation abgeschlossen ist, so dass der pH-Wert einfach gleich minus dem Logarithmus der Säurekonzentration. Zum Beispiel hat eine 0,01 molare Lösung von Chlorwasserstoffsäure mit einem pH-Wert von og (0,01), das heißt, pH = 2. Der pH-Wert einer Lösung einer schwachen Säure kann mittels eines ICE-Tabelle berechnet werden. Für Säuren mit einem pKa-Wert von mehr als etwa 2, pH = (pKa log c0), wobei c0 die Konzentration der Säure ist. Dies entspricht Burrows 'schwach sauren pH-Wert equationA allgemeinere Methode ist wie folgt. Betrachten wir den Fall einer schwachen Säure löst, HA, in Wasser. Zuerst notieren Sie das Gleichgewicht expression.HA A + H + Die Gleichgewichtskonstante für diese Reaktion angegeben wird bywhere [] eine Konzentration anzeigt. Die analytische Konzentration der beiden Reagenzien, CA für [A und CH für [H +] müssen auf die Summe der Konzentrationen dieser Spezies entsprechen, die die Reagenzien enthalten. CH ist die Konzentration des zugegebenen mineral acid.CA = [A + Ka [A [H +] CH = [H +] + Ka [A [H +] von dem ersten equationSubstitution dieses Ausdrucks in die zweite Gleichung givesThis vereinfacht sich zu einer quadratischen Gleichung in die Wasserstoffionen concentrationSolution dieser Gleichung ergibt [H +] und damit pH.This Verfahren kann auch zur mehrprotonigen Säuren verwendet werden. Beispielsweise für die zweibasige Oxalsäure Säure, A2 für das Oxalation schreiben, CA = [A2 + 1 [A2 [H +] + 2 [A2 [H +] 2CH = [H +] + 1 [A2 [H +] + 22 [ ,,,0],A2 [H +] 2where 1 und 2 sind kumulativ Protonierung Konstanten. Nach dem gleichen Verfahren der aus der ersten Gleichung in die zweite Substitution einer kubischen Gleichung in [H +] Ergebnisse. Im Allgemeinen ist der Grad der Gleichung, eine mehr als die Zahl der ionisierbaren Protonen. Die Lösung dieser Gleichungen kann relativ einfach mit Hilfe eines Tabellenkalkulations wie EXCEL oder Herkunft erhalten werden. Der pH-Wert hat immer eine Menge von fraktionierten Zahlen gleich der Menge der signifikanten Ziffern der Konzentration. pH-Wert in natureHydrangea macrophylla Blüten sind entweder rosa oder blau, auf einem pH-abhängigen Mobilisierung und Aufnahme von Boden Aluminium in die plants.pH abhängigen Pflanzenpigmente abhängig, die als pH-Indikatoren kommen in vielen Pflanzen verwendet werden können, einschließlich Hibiskus, Ringelblume, rot Kohl (Anthocyane) und Rotwein. SeawaterThe pH-Wert des Meerwassers spielt eine wichtige Rolle im Kohlenstoffkreislauf des Ozeans, und es gibt Hinweise auf einen bestehenden Ozeanversauerung durch Kohlendioxid-Emissionen verursacht. Allerdings pH-Messung durch die chemischen Eigenschaften von Meerwasser, und mehrere unterschiedliche pH-Skalen existieren in der chemischen oceanography.As Teil seiner operativen Definition des pH-Skala ist kompliziert, die IUPAC eine Reihe von Pufferlösungen über einen Bereich von pH-Werten definieren (oft bezeichnet mit NBS oder NIST-Bezeichnung). Diese Lösungen haben eine relativ niedrige Ionenstärke (~ 0,1) im Vergleich zu der von Meerwasser (~ 0,7), und somit sind nicht zur Verwendung bei der Charakterisierung des pH von Meerwasser, da die Ionenstärke Unterschiede führen zu Veränderungen in Elektrodenpotential empfohlen. Um dieses Problem zu beheben, eine alternative Reihe von Puffern auf künstlichem Meerwasser basierend entwickelt. Diese neue Serie löst das Problem der Ionenstärke Unterschiede zwischen den Proben und den Puffer, und die neue pH-Skala wird als die Gesamtskala bezeichnet, oft bezeichnet als pHT.The Gesamtskala definiert wurde unter Verwendung eines Mediums Sulfationen enthält. Diese Ionen Erfahrung Protonierung, H + + SO42 HSO 4, so dass die Gesamtskala, die auch die Wirkung beider Protonen (freie Wasserstoffionen) und Wasserstoff Sulfationen: [H +] T = [H +] F + [HSO4An alternative Skala, die freie Wahl des Maßstabes, oft pHF bezeichnet auslässt diese Betrachtung und konzentriert sich ausschließlich auf [H +] F im Prinzip es eine einfachere Darstellung der Wasserstoffionenkonzentration zu machen. Analytisch, nur [H +] T bestimmt werden kann, also [H +] F die [SO42 und die Stabilität mit Hilfe der Konstante von HSO 4, KS * geschätzt werden muss: [H +] F = [H +] T [HSO 4 = [H +] T (1 + [SO42 /KS *) 1However ist es schwierig, KS * in Meerwasser zu schätzen, den Nutzen der ansonsten geradliniger freien scale.Another Skala Begrenzung, da die Meerwasserwaage bekannt, die oft bezeichnet pHSWS, berücksichtigt eine weitere Protonierung Beziehung zwischen Wasserstoffionen und Fluoridionen H + + HF F. Was zu dem folgenden Ausdruck für [H +] SWS: [H +] SWS = [H +] F + [HSO4 + [HF] jedoch den Vorteil dieser zusätzlichen Komplexität Berücksichtigung ist abhängig von der Abundanz von Fluorid in dem Medium. In Meerwasser, zum Beispiel auftreten, Sulfationen bei viel höheren Konzentrationen (& gt; 400-fach) als die von Fluorid. Folglich ist für die meisten praktischen Zwecke ist die Differenz zwischen der Summe und seewasser Skalen sehr small.The folgenden drei Gleichungen fassen die drei Skalen von pH: pHF = log [H +] FpHT = log ([H +] F + [HSO4) = log [H +] TpHSWS = log ([H +] F + [HSO4 + [HF]) = log [H +] SWSIn der Praxis werden die drei Meerwasser pH Skalen von bis zu 0,12 pH-Einheiten, Unterschiede in ihren Werten abweichen, die viel größer sind, als die Genauigkeit der pH-Messungen typischerweise erforderlich ist, insbesondere in Bezug auf das Carbonat Systems Ozean. Da er die Berücksichtigung von Sulfat und Fluorid-Ionen unterlässt, ist die freie Skala signifikant verschieden von den beiden Gesamt und Meerwasser Skalen. Aufgrund der relativen Bedeutungslosigkeit der Fluoridionen, die insgesamt und seewasser Skalen unterscheiden sich nur geringfügig. Wohnen systemspH in systemsCompartmentpHGastric acid0.7Lysosomes4.5Granules chromaffiner cells5.5Human skin5.5Urine6.0Neutral H2O bei 37 C6.81Cytosol7.2Cerebrospinal Flüssigkeit (CSF) 7.3Blood7.347.45Mitochondrial matrix7.5Pancreas secretions8.1General Symptome einer Azidose leben aus Rückgang in Körper pH.The pH von verschiedenen zellulären Kompartimenten, Körperflüssigkeiten und Organen in der Regel fest in einem Prozess Säure-Base homeostasis.The pH von Blut reguliert genannt ist in der Regel mit einem Wert von pH 7,4 leicht basisch. Dieser Wert wird oft als physiologischen pH-Wert in der Biologie bezeichnet und medicine.Plaque können eine lokale saure Umgebung schaffen, die in Karies durch demineralisation.Enzymes und andere Proteine haben einen optimalen pH-Bereich und auch außerhalb dieses range.The inaktiviert oder denaturiert werden zur Folge haben kann häufigste Erkrankung in Säure-Basen-Homöostase Azidose ist, die eine Säureüberlastung im Körper bedeutet, in der Regel durch pH-Wert definiert unter 7.35.In fallen in den Körper, kann pH-Wert von bekannten Basenüberschuss (be) und Bicarbonat-Konzentration (HCO 3) geschätzt werden durch die folgende Gleichung: Referenzbereiche für Bluttests, die Konzentration der Protonen (lila) auf der linken Seite zeigt. Es ist zu erkennen, dass die Bereiche in einem engen Bereich gehalten werden, und dass die freie Protonen gehören zu den Verbindungen mit den kleinsten Massenkonzentrationen. 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