pH值与自由能的关系
发布网友
发布时间：2022-06-12 23:51
共1个回答
热心网友
时间：2023-10-10 16:54
酸和碱的强度是由给体和受体共同决定的。一般来说，弱酸给出质子的能力弱，强碱抢夺别的物质的质子能力强。鉴于质子转移的能力不仅取决于质子的给体，同时还取决于同一体系中质子的受体。所以，酸、碱的“绝对”强度是难以确定的。按惯例，在水溶液中，以水作为衡量标准，其它物质相对于水来说，更易给出质子的是酸，更易接受质子的是碱（水本身就具有两重性），即所谓酸或碱的强度是相对H2O而言的。
1.以水为质子受体的酸（HA）的强度的合理度量可按下式进行：
水文地球化学基础
由于H++H2O=H3O+的标准自由能（△G°）规定等于零，即平衡常数（K）为1,（2-2）式实际上可以写成：
水文地球化学基础
平衡常数为：
将（2-4）式取对数得：
水文地球化学基础
由（1-11）式可知：
水文地球化学基础
（2-5）式说明，水溶液的pH°值实际上是水酸（碱）体系自由能的函数。当水溶液在标准状态下，反应达到〔HA-〕＝〔H2A〕时：
水文地球化学基础
在任意状态有
2.以水为质子给体的碱的强度的合理度量可按下式进行：
水文地球化学基础
平衡常数为：
将（2-9）式取对数得：
由（1-11）式可知
当水溶液在标准状态下，反应达到〔H2A〕＝〔HA-〕时：
水文地球化学基础
在任意状态有：
（2-10）、（2-11）式说明，水溶液的pOH值实际上也是水碱（酸）体系自由能的函数。
又因为pH+pOH=14
所以（2-10）、（2-11）式又可写成
水文地球化学基础
根据（2-6）式、（2-10′）式可以计算出水溶液中每个酸碱对的pH°值，查附录Ⅰ可以计算出水溶液中每个酸碱对的△G°值。例如：
OH-的pH°和△G°值。
（1）H3O+/H2O酸碱对的pH°和△G°值
水文地球化学基础
（2）
酸碱对的pH°和△G°值
水文地球化学基础
（3）H2O/OH-酸碱对的pH°和△G°值
水文地球化学基础
同理可以计算出其它酸碱对的pH°和△G°值。并将它们按数值的大小顺序排列起来，这样就可以绘制出相对于水的所有酸碱对的质子转移标准自由能级标度图来（见图2-1）。
从图2-1中可看出，水的pH值实际上就是酸碱体系质子传递难易的尺度。位于左上方的为强酸，位于左下方的为弱酸，位于右上方的为弱碱，而位于右下方的为强碱。在水溶液中，H3O+是最强的酸，H2O是最弱的酸，而OH-1是最强的碱，H2O是最弱的碱。如果由环境中补入到该体系中一些额外的质子，这时补入的额外质子便会首先去填充那些未被占据的最低能级，具体说，就是先被OH-离子接受。当绝大多数OH-离子团接受质子而生成H2O后，剩余的质子再被次低能级的离子（碱）接受。如果这些从环境补入的额外质子充分，则此过程可以一直继续下去，使较高能级的离子接受。
