pH值怎麼來？一個實驗抓狂者的故事

升上國中二年級以後，自然課會教我們用pH 值判別酸鹼。低於7 是酸，高於7 是鹼，恰好等於7 則不酸不鹼，屬於中性。這個數值簡潔好用，但為什麼是7 呢？背後的故事是來自一個不堪其擾的可憐科學家。礙於篇幅，課本無法說清楚、講明白。今天我們就來說說pH 值的來龍去脈，讓你學化學時也學到有趣的人生故事。 石蕊試紙也無法解決的事

古代人是用嘴判斷土壤的酸鹼。17世紀，波以耳用「石蕊」汁塗在紙上烤乾，做出史上第一張「石蕊試紙」後，石蕊試紙就成為人們判讀酸鹼的重要工具。

如果用石蕊試劑測出溶液是「藍色」，人們只知道它是「鹼性」，但是有多鹼？說實話，根本難以判斷。而且用顏色判斷並不精確；甲看到的藍，跟乙看到的藍可能不大一樣，何況還有不少人是色弱甚至色盲呢！後來，有一個飽受困擾的化學家，在20世紀初發明了一個大受歡迎的解決辦法，那就是現在世界通用的「pH 值」，這位聰明的化學家就是來自丹麥的瑟倫．索任生（SØren Peder Lauritz）。

令人提心吊膽的酸鹼實驗

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。

這種實驗在現代或許不成問題，但對當時的化學家來說，卻是一大考驗。資料顯示，「某某蛋白質只能在『這麼酸』的情況下，才能運作」，但「這麼酸」是多酸？如果只用酸鹼指示劑的顏色來判斷，要怎麼確定酸鹼值會正好落在「這麼酸」的一個小小範圍內呢？

氫離子濃度的小數太多了

就是這樣，索任生的實驗很容易失敗。後來有人找到用「電壓」測氫離子濃度的方法。但索任生的問題解決了，又冒出一個新的問題。

溶液裡的氫離子濃度往往非常非常小。比方說，純水的氫離子濃度是每公升0.0000001 莫耳，海水是0.00000001莫耳，通水管的清潔劑只有0.00000000000001……這麼多0 和小數點，不是會令人恍神看錯，就是會經常算錯。不信？給你三秒，比較一下「0.0000000000005」和「0.000000000002 」哪個大、哪個小？時間到！很累人，也很容易出錯，對不對？這些氫離子濃度實在太不容易看了，身為頭號受害者的索任生索性自力救濟，發明了一個簡單的替代方法，那就是我們現在廣泛使用的「pH 值」。索任生在筆記中寫到，pH 值就是氫離子的強度―power of hydrogenion（或是拉丁文的pondus hydrogenii）。

簡單的數學表示就是：[H+]（即氫離子濃度）=10-pH如果要轉換成公式，其實就是拿氫離子濃度去取log 加負號，像這樣：pH 值= -log（[H+]）經過這樣轉換後的數字，倒是真的容易很多呢！讓我們來看看它的「before and after」，如下。 14 比0. 00000000000001 平易近人多了！而且從pH 值的定義來看，只要氫離子濃度越高，它的pH值就會越小，所以要比較酸鹼性也可直接用得出的pH 值來做比較，只要數字比較小的就是比較酸的。

1909年，索任生發表論文時，順便把他發明的pH 值概念公諸於世。他在文章中大力宣傳pH 值的「方便」（快速判斷酸鹼）、「準確」（馬上可以回推氫離子濃度）、「好用」（不被數字搞得頭昏眼花）。其他科學家的眼睛為之一亮，愛上這個簡單好用的數值。慢慢的，愈來愈多人追隨索任生的腳步，使pH 值漸漸成為國際間普遍使用的酸鹼指標，直到現在。「前人種樹，後人乘涼。」這也算是索任生大師帶給大家的一種小確幸吧！

中性水溶液pH值是7 為什麼不是6 或8 ？

pH 值等於7，代表水溶液呈中性，為什麼數值不是6 或是8 呢？

事實上， 水溶液為中性時，pH值不一定是７。因為pH ＝ 7 代表水溶液中性，是在「常溫常壓」的狀態下， 也就是大約1 大氣壓、25℃的環境中。常溫常壓下，1 公升的水會有10-7 莫耳解離成氫離子和氫氧根離子；此時的氫離子濃度等於氫氧根離子濃度，所以呈中性，而且氫離子濃度為10-7M。所以取pH 值等於7，剛好代表中性。

但是，如果不在常溫常壓的狀態下,pH 值等於7，不一定代表中性。例如把溫度提高到100℃時，pH值大約6，才是中性。

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