為什麼是 −log 而不是直接寫濃度?
純水 25°C 的 [H⁺] = 10⁻⁷ mol/L。胃酸 [H⁺] ≈ 0.1 mol/L = 10⁻¹。 兩者差 6 個數量級 —— 用十進位寫又長又難記。 取對數變成 7 與 1,加負號讓結果為正:pH(水) = 7、pH(胃酸) = 1。 pH 差 1 = 濃度差 10 倍,這是對數刻度最重要的直覺。
常見物質 pH 對照
| 物質 | pH | 類型 |
|---|---|---|
| 胃酸 | 1.0–2.0 | 強酸 |
| 檸檬汁 | 2.2 | 強酸 |
| 可樂 | 2.5 | 強酸 |
| 醋 | 3.0 | 酸 |
| 葡萄酒 | 3.5 | 酸 |
| 咖啡 | 5.0 | 弱酸 |
| 純水 | 7.0 | 中性 |
| 人類血液 | 7.35–7.45 | 弱鹼 |
| 海水 | 8.1 | 弱鹼 |
| 小蘇打水 | 9.0 | 鹼 |
| 家用漂白水 | 13 | 強鹼 |
可樂 pH 2.5 比血液 pH 7.4 酸 10^(7.4−2.5) = 10⁴⁹ ≈ 80000 倍。 那為什麼喝可樂不會死?因為食道與胃黏膜有黏液保護層、胃本來就有 pH 1 的酸環境, 可樂進胃反而被稀釋。但長期高頻率喝會侵蝕牙齒琺瑯質(牙釉質的羥磷灰石在 pH < 5.5 開始溶解)。
血液 pH 的紅線
人血 pH 必須維持在 7.35–7.45 這 0.1 區間內。 低於 7.35 叫酸中毒、高於 7.45 叫鹼中毒,超過 6.8 或 7.8 通常致命。 身體靠碳酸-碳酸氫根緩衝系統(H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻)來維持, 糖尿病酮酸中毒、嚴重腹瀉、慢性肺病都會打破這個平衡。 0.1 pH 差距聽起來小,但對應 H⁺ 濃度 26% 變化,足以讓酵素失效、心律不整。
pOH 與 pK:對數家族
pOH = −log[OH⁻],與 pH 關係:pH + pOH = 14(25°C 水的離子積 Kw = 10⁻¹⁴)。 進階版還有 pKa(酸解離常數的負對數,用於緩衝液設計)、pKb、pKw。 所有 p 開頭的化學量都是「取 −log」 —— 這個記號統一性是 Sørensen 留下的真正遺產。
pH 不是線性平均:pH 3 與 pH 5 等量混合,結果不是 pH 4。 濃度才是線性的:[H⁺]=10⁻³ 與 [H⁺]=10⁻⁵ 等量混合 → 平均 [H⁺] = (10⁻³ + 10⁻⁵)/2 ≈ 5.05×10⁻⁴, 取 −log 得 pH 3.3,不是 4。算 pH 必須回到濃度層級加總再取對數。
動手算算看
下面是 ∑ Calc pH 計算機。輸入 H⁺ 濃度(如可樂 2.5 ≈ 0.003 mol/L 用 3e-3 表示)。