是什么使物质呈酸性：pH 标度

本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点

我记得在学校很早的时候就学到了酸和碱（或酸和碱性物质）。酸是像柠檬汁一样尖锐的醋味物质，而碱是像石灰水或苛性钠一样的肥皂状物质。我们还学习了 pH 标度，它衡量物质的酸度或碱度。pH 标度从 1-14，pH7 是完全中性的，即水。任何 pH 值非常低的物质都是酸性的，而 pH 值高的物质是碱性的。

直到后来我才发现 pH 标度实际上意味着什么，当我弄明白时，它彻底颠覆了我的认知。我一直以为它要么代表两个词，要么是以某人的名字命名的。我有时会想为什么它被写成那样（小写 p，大写 H），但从来没有认真地问过它。

首先，那个 H 不是一个 H。它大写的原因是因为它是氢的符号。

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p 也不是一个 p，它是一个用作数学运算速记的字母。具体来说，运算是“ -log10”。我一直以为的字母 pH 实际上是一个科学公式，氢离子浓度的 -log10

pH = - log₁₀[H+]

考虑到这一点，pH 标度作为酸度的衡量标准就更有意义了。酸有几种不同的定义，但总的来说，它们是在溶液中可以产生氢离子的物质。pH 是一种显示它们释放多少氢离子而无需计算所有离子的方法。pH 也没有单位，这对于像我这样觉得单位令人困惑的人来说非常有用。

为了呈酸性，物质必须含有氢，以可以释放到水中的形式存在。像 CH4（甲烷）这样的物质不是酸性的，因为所有四个氢都非常紧密地结合在碳上，并且不会移动。CH4 的 pH 值是中性的，约为 7。另一方面，像盐酸 HCl 这样的物质通过极性离子键结合在一起，当放入水中时，氢会分解形成氢离子，使液体呈酸性。因此，HCl 具有非常低的 pH 值，是一种非常强的酸。

pH 值为 5 或 6 的弱酸稍微复杂一些。这些酸是在化合物可以释放氢离子，但只能非常微弱地释放氢离子时形成的。例子通常是有机化合物，它们虽然在其化学结构中有很多氢，但在溶液中很少有氢可以分解出来。乙酸 (HC₂H₃O₂) 是一种弱酸，因为只有方程式前面的氢可以离解，而且这样做在能量上不是很有利。

pH 标度，列出了每个 pH 值的物质。酸在顶部，碱在底部。图片来源如下。

我真的很喜欢“pH”具有实际的化学和数学意义，而不仅仅是一组随机的字母。虽然酸度的数学原理随着你深入化学领域会变得有点复杂，但 -log10[H+] 仍然是酸度和碱度的主要定义。

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