1909年,丹麥生物化學家瑟倫.索任生(SØren Peder Lauritz)提出用「pH」(power of hydrogenion 或拉丁文的pondus hydrogenii)來衡量酸鹼值。*
其中的「H」代表氫離子(H+)。
瑟倫.索任生本來是醫學院的學生,要做實驗以了解氫離子(H+)的濃度對蛋白質酵素的影響。只是氫離子(H+)的濃度測量出來數字都很小,寫出來在小數點之後有好幾個零,非常不方便閲讀比較,因此他將那個數字取了對數並加上負號*:
pH=-log[H+];[H+]為溶液中氫離子的體積莫耳濃度**
這就成為後來通用的酸鹼值公式。
其中,
體積莫耳濃度=mol(溶質莫耳數)/公升(溶液體積)
1 mol(莫耳)= 6.02214078(18)×10^23個粒子
而這個6.02214078(18)×10^23數字叫做亞佛加厥常數,又是怎麼得到的呢?
最初是用電子電荷量反推出來的。
『1911年的密立根油滴實驗測出每個電子的帶電量為1.6×10^-19,方可據以計算出一個較準確的亞佛加厥常數。
利用電鍍法得知生成一公克的銅原子所需的電量為3037庫侖,己知銅的原子量為63.5,每個銅離子帶二個單位正電,則可據以推算出每莫耳銅原子的個數〈即亞佛加厥常數〉
Cu2+ + 2e- → Cu 』***
亞佛加厥常數依前述的電荷實驗,計算為6.026*10^23 = 3037/(2*63.5)/(1.6*10^-19)
後來有更精確的測量方法,在2011年1月時發表的亞佛加厥常數的測量數值,為6.02214078(18)×10^23 (維基百科)
『亞佛加厥常數以19世紀初期的義大利化學家阿莫迪歐·亞佛加厥命名,在1811年他率先提出,氣體的體積(在某溫度與壓力下)與所含的分子或原子數量成正比,與該氣體的性質無關』* **
亞佛加厥常數並非亞佛加厥提出來的,而只是為了紀念他。亞佛加厥數首先由法國化學家讓·佩蘭定義……定義為12克碳-12 所含的原子數量。該貢獻也使得讓·佩蘭在1926年得到諾貝爾獎。(維基百科)
把元素用6.02214078(18)×10^23 個原子/分子為單位而衡量它的總重量,就是所謂的原子量/分子量。譬如:
H 的原子量=1 (6.02214078(18)×10^23 個H原子的重量)
C 的原子量=12 (6.02214078(18)×10^23 個C原子的重量)
O 的原子量=16 (6.02214078(18)×10^23 個O原子的重量)
S 的原子量=32 (6.02214078(18)×10^23 個S原子的重量)
分子化合物也可以由組成原子的原子量之相對倍數計算出它們的分子量,譬如:
H2O的分子量=18 (=2*1+1*16)
C6H12O6的分子量=180 (=6*12+12*1+6*16)
H2SO4的分子量=98 (=2*1+1*32+4*16)
回到酸鹼值的測度:
pH=-log[H+];[H+]為溶液中氫離子的體積莫耳濃度
概念上就是測量每公升溶液中氫離子莫耳數的對數值再加上負號:
[H+]=10^-1 pH=1
[H+]=10^-2 pH=2
[H+]=10^-3 pH=3
[H+]=10^-4 pH=4
[H+]=10^-5 pH=5
[H+]=10^-6 pH=6
[H+]=10^-7 pH=7
[H+]=10^-8 pH=8
[H+]=10^-9 pH=9
[H+]=10^-10 pH=10
[H+]=10^-11 pH=11
[H+]=10^-12 pH=12
[H+]=10^-13 pH=13
[H+]=10^-14 pH=14
PH值為7是中性(但必須在常溫(25度C)常壓(1大氣壓)的環境下,把溫度提高到100度C,原來pH值為7的溶液測量出來的pH值會變成6左右)*
氫離子的濃度愈大([H+]愈大),pH值愈小,代表溶液愈酸。
因為已經取了以10為底的對數值,所以pH值每相差1,溶液的酸鹼值是相對差上10倍的。譬如pH=5的溶液就比pH6的酸上10倍。pH=9的溶液就比pH=8的鹼上10倍。所以pH值相差1,酸鹼度不是相差一點點,而是10倍的很多喔!
*:〈課本延長線–PH值怎麼來?〉,hami 書城,本文摘錄自〈PH值怎麼來?〉,中學生報,2019/第330期
**:《化學反應》,陳大為 王昊 許威 王翰 著
***:〈亞佛加厥常數的由來〉,黑金Shark的活動區,3月 31, 2019
2022/6/29 pH值和亞佛加厥常數 Damakey

