今天的課程要介紹一個大家最常見的化學物質

你的生活中絕對離不開它

運動時需要它

做化學實驗時需要它

在廚房做菜時也需要它

大自然所有生命都需要它

在地球上無所不在

同學們猜一下到底是什麼東西呢？

沒錯

就是水分子

你可能很疑惑

這個你天天都在喝的東西有什麼好介紹的

其實我們可以從「水」

認識許多關於物質特性的描述喔

人體大約70%是水

地球表面也大約有70%的面積被海洋給覆蓋

對化學家來說

水除了是生命誕生的搖籃以外

純水是一個中性物質

依據布-洛學說對酸鹼的定義

水會解離出氫離子

展現酸的特性

水同時也可以接受氫離子

也能表現出鹼的性質

我們該如何量化並解釋水的行為呢？

我們需要一個新的工具pH值

我們常用pH值來表達溶液中氫離子濃度的高低

定義如畫面所示

p為什麼是小寫？

為什麼又加上了一個大寫的H？

然後pH的小夥伴

pOH又是什麼呢？

提出pH值的丹麥化學家瑟倫·索倫森

從來沒有解釋過為何如此表示的原因

有些人認為p是power的意思

也有人認為p是來自拉丁文的字詞

表示數量的意思

不過也有可能僅僅是科學家的習慣而已

畢竟索倫森也常用p或q來區分不同東西

但無論真實原因如何

在這裡我們把p當作是對物質數量的敘述

可以更清楚理解pH值的含義

Ｈ則代表氫

因此我們可以把pH值當作表示

對溶液中氫離子濃度高低的一種表示方法

當你看到log時

是否被嚇到了？

讓我們來熟悉一下它的運算規則

首先pH等於負log氫離子濃度

log是一個以10為底的對數

在這裡

我們使用到一個常見的濃度

體積莫耳濃度

而代表的就是

水溶液中氫離子的體積莫耳濃度

舉個例子

假設溶液中氫離子的濃度為10的負5次方M

則負5就是以10為底得到的對數值

取它的負數

就得到了pH值等於5

反過來說

若是pH=5也可以很快回推出

溶液中氫離子濃度為10的負5次方M

接著舉一個較困難的計算例子

人體血液的pH值約為7.4

因此

同學們可以很快地反應出

氫離子濃度為10的負7.4次方

但這樣的表達

不太容易快速理解到底氫離子濃度是多少？

因此

同學們可以先將7.4視為8減0.6

其中8換算回氫離子濃度時

為10的負8次方

而0.6則為log4的值

因此可以知道氫離子濃度

等於4乘10的負8次方M

學會了pH值的定義後

我們再回來探討水

水既可以呈現酸的特性

也能表現出鹼的行為

水分子中

原子間的微小電場隨機地發生變化

導致斷鍵發生

造成分子結構被破壞

當氧與氫之間的化學鍵結斷鍵後

氫離子會從一個水分子中脫離

並與其他水分子結合

形成一個水合氫離子及一個氫氧根離子

如畫面所示

這就是為什麼

水既可顯示酸性又可顯示鹼性的原因

由於水可以釋放氫離子

也可以接受氫離子

所以水分子可與其他水分子相互反應

而這樣的化學反應速率非常快

隨時不停地發生

所以化學家會用畫面中的方程式

表示此化學反應

在平衡常數的內容中我們學過

定溫下

當反應達平衡時

各生成物濃度的係數次方的乘積

除以反應物濃度係數次方的乘積

會得到一個固定的數值

稱為平衡常數

因此水的解離反應之平衡常數

如畫面所示

因為水分子在水中佔絕大多數

因此可將水分子的濃度視為定值

其濃度為55.6 M

若將式子改寫移項之後

由於55.6 是一個常數

所以我們會得到一個新的常數

稱為水的離子積常數

表示為Kw

在 25 度C下

Kw等於1.0乘10的負14次方

等於氫離子濃度乘氫氧根離子濃度

若取負log後

可以得到pKw等於14

等於pH加pOH

由於水是中性物質

氫離子濃度與氫氧根離子濃度相等

代表著pH等於pOH

因此25度下

中性物質的pH值等於7

攝氏25度下

我們以pH值7做為標準

會發現在自然界常見的物質中

許多水果呈弱酸性

血液、肥皂則呈鹼性

讓我們做個小小的測驗

複習一下前面教過的內容

若有一肥皂水溶液的pH值為12

請問當中的氫離子濃度為何？

讓我們來總結一下這支影片的學習內容

pH值定義如畫面所示

可用來描述溶液中氫離子濃度的高低

假設溶液中氫離子的濃度

為10的負5次方 M

則負5就是以10為底後得到的對數值

取它的負數

就可以得到pH等於5

水的解離反應之平衡常數表示如畫面所示

在水溶液中

因為水分子濃度可視為定值

25度C下

水的離子積常數表示法與數值如畫面所示

影片的最後

相信同學們已經對物質的pH值

還有水的解離有一些觀念

試著多去思考生活中的物質的酸鹼性

還有

這些酸性或鹼性物質有什麼用途呢？

請將你的想法在底下留言告訴我們

我們下次見