酸、塩基、およびpHスケール
溶液が酸性または塩基性（アルカリ性）であるとはどういう意味でしょうか？
すべては水素イオン（化学記号H+で省略）に関係します。 水(H2O)の中では、ごく少数の分子が解離(分裂)しています。 水の分子の一部は水素を失って水酸化物イオン（OH-）になります。 失われた」水素イオンは、水分子と結合してヒドロニウムイオン（H3O+）になります。 簡単のために、ヒドロニウムイオンは水素イオンH+と呼ばれる。 純水中では、水素イオンとヒドロキシドイオンが同数存在します。 この溶液は酸性でも塩基性でもない。
酸とは、水素イオンを供与する物質である。 このため、酸を水に溶かすと、水素イオンと水酸化物イオンのバランスが崩れる。 このとき、溶液中の水素イオンは水酸化物イオンより多くなります。 このような溶液は酸性です。
塩基とは、水素イオンを受け入れる物質です。 塩基を水に溶かすと、水素イオンと水酸化物イオンのバランスが逆になります。 塩基は水素イオンを「吸い上げる」ので、結果として水素イオンよりも水酸化物イオンが多い溶液となります。 このような溶液がアルカリ性です。
酸性とアルカリ性は、pHという対数スケールで測定されます。 強酸性の溶液は、強塩基性の溶液に比べて1億倍、つまり1兆倍の水素イオンを持つことができるからです。 裏を返せば、強塩基性溶液は強酸性溶液の100,000,000,000倍の水酸化物イオンを持つことができるのです。 さらに、日常の溶液中の水素イオンと水酸化物イオンの濃度は、その全範囲にわたって変化しうるのです。
このような大きな数値をより簡単に扱うために、科学者たちは対数スケールであるpHスケールを使っています。 pHスケールの各1単位の変化は、水素イオン濃度の10倍の変化に対応します。 pHスケールは理論的には自由ですが、ほとんどのpH値は0から14の範囲にあります。 ゼロを書き連ねるより、対数目盛りを使う方がずっと簡単ですよ。 ところで、1億は1であり、その後に14のゼロがあることにお気づきでしょうか？ これは偶然ではなく、対数なのです！
より正確には、pHは水素イオン濃度の負の対数です：
H+の周りの角括弧は化学者にとっては自動的に「濃度」を意味するのですが、この角括弧は化学者にとっては「濃度」なのです。 この式が意味するところは、先ほど述べたように、pHが1単位変化するごとに、水素イオン濃度が10倍変化する、ということです。 純粋な水のpHは中性で7、pHが7より小さいと酸性、大きいとアルカリ性（塩基性）です。 表1にpH値の異なる物質の例を示す（Decelles, 2002; Environment Canada, 2002; EPA, date unknown）。
| pH 値 | H+ 濃度 純水に対する比 |
例 | |
| 0 | 10 000 000 | バッテリー酸 | |
| 1 | 1 000 | 胃酸 | |
| 2 | 100 000 | レモンジュース.を作る。 ビネガー | |
| 3 | 10 000 | オレンジジュース, ソーダ | |
| 4 | 1000 | トマトジュース、酸性雨 | |
| 5 | 100 | ブラックコーヒー, バナナ | |
| 6 | 10 | ||
| 7 | 1 | 純水 | |
| 8 | 0.1 | 海水、卵 | |
| 9 | 0.01 | 重曹 | |
| 10 | 0.01 | 0.001 | Great Salt Lake, milk of magnesia |
| 11 | 0.000 1 | アンモニア水 | |
| 12 | 0.000 01 | 石鹸水 | |
| 13 | 0.000 0.000 001 | bleach, oven cleaner | |
| 14 | 0.000 000 1 | liquid drain cleaner |
Table 1. pH スケール。 いくつかの例