小明陪著將成為大一新鮮人的哥哥

前往賣場購買生活用品，

走到個人清潔用品區，

滿目琳瑯的沐浴乳、洗髮精及洗碗精等等，

則好奇地問哥哥，

怎麼瓶罐上的標籤有酸鹼值pH，

這代表什麼呢？

哥哥請小明回憶在國中階段，

學習過利用酸鹼指示劑可以測量水溶液的酸性或鹼性，

例如：石蕊試紙、廣用試紙、高麗菜汁等等。

這時，小明腦中出現了一個小疑問，

檸檬汁和碳酸飲料哪一種比較酸呢？

小蘇打水和肥皂水哪一種比較鹼呢？

各種水溶液的酸鹼度如何表示呢？

1909年，丹麥科學家索任生提出pH值的概念。

此數值可代表水溶液的酸鹼程度。

索任生本來是一個醫學系的大學生，

後來轉攻化學，

並拿到博士學位。

他在哥本哈根的嘉士伯實驗室

研究「氫離子」濃度對蛋白質酵素的影響，

也就是研究蛋白質酵素在酸鹼溶液中到底會起什麼反應。

在做實驗時，

索任生得非常小心，

既不能太酸也不能太鹼，

因為這樣會破壞蛋白質；

但是又不能不夠酸或不夠鹼，

因為這樣蛋白質可能根本不會產生變化。

如果要蛋白質起作用，

酸鹼濃度必須精確的落在特定的範圍內；

只要超出這個範圍，

整套實驗可能就毀了。

在1901年至1938年間，

索任生擔任哥本哈根嘉士伯實驗室的主任。

在嘉士伯實驗室的工作期間，

他發明了索任生甲醛滴定法，

並研究了離子濃度對蛋白質的影響，

由於氫離子的濃度尤為重要的關係，

因此索任生於1909年發表論文，

介紹了可以簡單計算酸鹼度的方法。

pH值的定義是指：溶液中氫離子濃度的負對數，

也就是畫面上的公式，

而此數值可代表水溶液的酸鹼程度。

像是氫離子濃度等於10的負4次方M，

套入公式可得到pH等於4；

或是氫離子濃度等於10的負6次方M，

套入公式可得到pH等於6。

以生活中常見的物質來說，

例如：血液。

若血液中氫離子濃度為4.0乘10的負8次方M，

代入式子pH值等於負log的4.0乘10的負8次方，

也就是負log4.0加負log10的負8次方，

等於負0.6加8，

得到7.4。

而血液的pOH值即氫氧根離子的負對數，

可以從pKw值即水的離子積常數的負對數來求得；

因為Kw為氫離子與氫氧根離子的乘積，

代入前面的定義，

最後可得到pKw等於pH加pOH，

即在25度C下，

pKw等於pH加pOH等於14。

所以血液的pH值等於7.4，

pOH值則會等於6.6。

酸鹼的化學定義源於阿瑞尼斯的水溶液研究，

阿瑞尼斯發現水能進行解離形成氫離子與氫氧根離子。

而後人進一步發現，

氫離子在水溶液中以水合離子H₃O⁺存在，

故氫離子較嚴謹表示方法為H₃O⁺。

在25度C水中，

氫離子濃度等於氫氧根離子濃度，

即等於。

酸性溶液中大於，

而鹼性溶液中則小於。

例如：在25度C，

取一杯水，

其中水分子進行自解離，

故在杯中的水會產生氫離子、氫氧根離子。

此時，

在這杯水中加入氯化氫水溶液，

會發生什麼事？

水中所存在的離子為氫離子、氫氧根離子，

此時氫離子濃度等於氫氧根離子濃度。

當逐滴滴入氯化氫水溶液，

因氯化氫水溶液為強酸可以完全解離，

完成拆成氫離子及氯離子，

此時杯中的氫離子濃度大於氫氧根離子濃度，

故也說明此為酸性溶液。

同理，

當我們加入氫氧化鈉水溶液，

水中所存在的離子為氫離子、氫氧根離子，

此時氫離子濃度等於氫氧根離子濃度。

當逐滴滴入氫氧化鈉水溶液，

因氫氧化鈉水溶液為強鹼可以完全解離，

完成拆成鈉離子及氫氧根離子，

此時杯中的氫離子濃度小於氫氧根離子濃度，

故也說明此為鹼性溶液。

學到這裡，

請回想一下以前的實驗經驗。

在廣用試紙的觀察中，

我們只能推測其變色的範圍，

若是介於兩者之間的部分則難以判斷，

比如：我們常喝的碳酸飲料，

於25度C，

得知氫離子濃度等於3乘10的負6次方M。

當利用廣用試紙觀察的話，

只能觀察到試紙變色成黃色。

但透過計算，

可以得到pH等於5.6，

或是我們使用pH計測量，

可得5.6。

讓我們來總結一下這支影片的學習內容。

水溶液的酸鹼性，

科學家發現各種水溶液中解離出的

氫離子濃度和氫氧根離子濃度的乘積在定溫下為定值，

此定值稱為水的離子積常數，

記為Kw。

在25度C下，

Kw為1乘10的負14次方。

水為弱電解質，

在常溫常壓下，

水並不易解離，

但若仔細測量，可發現純水

仍可解離出少量的氫離子與氫氧根離子，

其反應如畫面反應式所示。

並且純水的氫離子濃度等於氫氧根離子濃度，等於1.0乘10的負7次方M。

物質的酸鹼性必須由氫離子濃度與氫氧根離子濃度共同決定，

有反比關係。

在純水中加入酸性物質，

氫離子濃度增加與氫氧根離子減少，

使得氫離子濃度大於氫氧根離子濃度，

並且在25度C下，

氫離子濃度大於1.0乘10的負7次方M。

在純水中加入中性物質，

氫離子與氫氧根離子濃度不變，

也就是氫離子濃度等於氫氧根離子濃度，

並且在25度C，

氫離子濃度等於氫氧根離子濃度，等於1.0乘10的負7次方M。

在純水中加入鹼性物質，

氫離子濃度減少與氫氧根離子增加，

使得氫離子濃度小於氫氧根離子濃度，

並且在25度C，

氫離子濃度小於10的負7次方M。

而在25度C時，

水溶液的氫離子濃度與氫氧根離子濃度的乘積

會等於1.0乘10的負14次方。