pH

水の電離

水素イオンの濃度を水素イオン濃度といいH⁺に角カッコ [　] をつけて、[H⁺]で表します。
また、水酸化物イオンの濃度を水酸化物イオン濃度といい[OH^-]で表します。

純水もごくわずかですが、電離して水素イオン H⁺と水酸化物イオン OH^-を生じます。
　　　　　H₂O <-> H⁺ + OH^-
水が電離すると同量の水素イオンと水酸化物イオンが生じます。25℃では
　　　　　[H⁺] = [OH^-] = 1.0 x 10^-7 mol/L
酸や塩基が溶けている水溶液中でもH⁺とOH^-は存在しています。酸が溶けているときは、[H⁺]は増えますが、[OH^-]は減少します。一方、塩基が溶けている水溶液中では、[OH^-]は増えますが、[H⁺]は減少します。

水のイオン積

水溶液中、一定の温度では[H⁺]と[OH^-]の積が一定となります。
　　　　[H⁺][OH^-] = K_W （一定）
K_Wは水のイオン積とよばれ、25℃では1.0 x 10^-14 (mol/L)²の値をもちます。
この関係は純水だけではなく、酸や塩基の水溶液でも成り立ちます。したがって、[H⁺]が10倍になれば、[OH^-]は1/10になります。また、[H⁺]が1/10になれば、[OH^-]は10倍になります。

pH（水素イオン指数）

そのため、水溶液の酸性の強さは[H⁺]で表すことができます。また、塩基性の強さは同様に[OH^-]で表すことができますが、水のイオン積の関係から [H⁺]でも表すことができます。水溶液中の[H+]は非常に小さい値のため、10^-nの形で表します。このnの値をpH（水素イオン指数）といい、溶液の酸性・塩基性の強さを表しています。
25℃の中性水溶液では [H⁺] = [OH^-] = 1.0 x 10^-7 mol/L なので pH = 7 となります。酸性溶液では[H⁺] > 1.0 x 10^-7 mol/L となるので、10^-ｎのnの値は7より小さい値になります。したがって、酸性では pH < 7、塩基性では pH > 7 となります。
まとめると、
　　酸性　　　 [H⁺] > 1.0 x 10^-7 mol/L > [OH^-]　　　pH < 7
　　中性　　　 [H⁺] = 1.0 x 10^-7 mol/L = [OH^-]　　　pH = 7
　　塩基性　　[H⁺] < 1.0 x 10^-7 mol/L < [OH^-]　　　pH > 7

　　　　　　　　　　　　　

上の写真はpH試験紙です。このpH試験紙はpH 1 ～ pH11まで調べることができます。

　　　　　　　　　　　　　

上の写真はpHの値を調べるpHメーターです。右側のガラスの棒のようなもの（ガラス電極）を調べたい溶液につけて、pHの値を調べることができます。

○pH の定義式
　水素イオン濃度は非常に広い範囲で変化するため、水素イオン濃度の対数をとります。通常の濃度では対数をとると負の値となるため、負号をつけて正の値となるようにします。したがって、pHは次式で定義されます。
　　pH = - log [H⁺]

○身の回りのもののpHの値をみてみましょう。
　　酢（pH: 2.4 ～ 3.0）、レモン汁（pH: 2.0 ～ 3.0）、しょう油（pH: 4.5 ～ 4.9）などはpHが7より小さいので、酸性です。一方、セッケン水（pH: 9.0 ～ 10.0）や灰汁（あく：植物の灰を入れた水、pH: ～10）などはpHの値が7より大きいので、塩基性です。

●玉川温泉
秋田県の田沢湖の近くにある玉川温泉は日本でも有数の強酸性の温泉として知られています。玉川温泉のお湯のpHはおよそ1.1と言われています。源泉100％のお湯は温度を低くしてありますが、それでも温泉に入ると、体のあちこちがピリピリします。それほど、酸性が強い温泉です。

下のビデオ（ボタンをクリックすると見えます）は玉川温泉の源泉付近を遠くから見た映像です。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

下のビデオ（ボタンをクリックすると見えます）は玉川温泉の源泉で強酸性の湯が噴出している様子を写しています。