水素イオン指数
IUPACやJISが現在採用しているpHは、水素イオンのモル濃度 [H] ではなく、水素イオンの活量 aH に基づいて定義されている。
p H = − log 10  a H + {\displaystyle \mathrm {pH} =-\log _{10}a_{\mathrm {H^{+}} }}
pHメーターで実測されるpHは、この活量に基づいたpHである。しかしながら希薄水溶液に限れば、活量を使わずにモル濃度から求めた計算値が実測値とそれなりに一致するので、中等教育では「pHは水素イオン濃度 [H] の逆数の常用対数である」と定義することが多い。
質量パーセント濃度が数 % 以下の水溶液のpHは、おおむね0から14の範囲にある。市販のpHメーターで計測できるのも、通常は0から14までか、それより狭い範囲である。pHがこの範囲から外れるような液体の場合は、モル濃度による値と活量による値の差が無視できないほど大きくなるので、[H] の逆数の常用対数がpHである、と考えるのは不適当である。モル濃度が 1 mol/L を超えるような、濃厚な酸や濃厚アルカリ溶液の酸性・アルカリ性の強さは、酸度関数によって表現するのが一般的である。
..(第2部 p. 2)」
pH単位で表した水素イオン濃度の差は、数値の右側に空白を入れて単位記号を書く。「1 pH 当たりの理論起電力(第1部 p. 2)」「指示計の目量は,0.02 pH 以下とする(第2部 p. 3)」
数式中の pH 値は、記号 pH で表す。イタリック体にはしない。「E=59.16×(7.000−pH) (mV)(第2部 p. 4)」
JIS B 7960 には、ピーエッチ (pH) を定義する文言はない。この規格が引用している JIS K 0211 分析化学用語(基礎部門)と JIS K 0213 分析化学用語(電気化学部門)では、pHを“水素イオンの活量の逆数の常用対数”と定義している。なお、これらの規格で用語として定義されているのは「ピーエッチ」ではなく、「pH」である。また、「ぴーえっち」の他の読みとして「ぴーえぃち」と「ぴーえいち」が挙げられている。
“モル毎リットルで表した水素イオン濃度の値に、活動度係数を乗じた値の逆数の常用対数”と“水素イオンの活量の逆数の常用対数”は同じものである。ただし、これは概念上の定義で実測できない値であるので、実際のpH測定に当たっては JIS Z 8802 に規定されている操作的定義を用いる。
pHメーター(pH計)には、pH電極(ガラス電極など)が接続され電気的に測定することができる。
電極内部に水素イオン濃度が一定である緩衝溶液が封入され、ガラス膜の内部および測定溶液に接触する外部にそれぞれ水素イオンが吸着し電位差を生ずる。ガラス電極と参照電極との電位差をpHに換算する。
内部電極 | 内部液 | ガラス膜 | 試料溶液 | 外部照合電極
適度な濃度(1 mol/L ないし 1 μmol/L、すなわち 10 – 10 mol/L)の水溶液のpHは、酸・塩基のモル濃度から計算することができる。必要に応じて、酸解離定数 Ka、塩基解離定数 Kb、水のイオン積 Kw を計算に用いる。
希薄水溶液中においては、水酸化物イオン活量 aOH も mol/L 単位で表した水酸化物イオン濃度 [OH] の数値にほぼ等しいと近似できる。よって水酸化物イオン指数は以下の式で近似することができる。
p O H = − log 10  [ O H − ] m o l / L = log 10  1 [ O H − ] / ( m o l / L ) {\displaystyle \mathrm {pOH} =-\log _{10}{\frac {[\mathrm {OH} ^{-}]}{\mathrm {mol/L} }}=\log _{10}{\frac {1}{[\mathrm {OH} ^{-}]/(\mathrm {mol/L} )}}}
適度な濃度(1 mol/L ないし 1 μmol/L、すなわち 10 – 10 mol/L)の水酸化ナトリウム水溶液の水酸化物イオン濃度 [OH] は、水酸化ナトリウム水溶液のモル濃度 CNaOH に等しい。よって水酸化ナトリウム水溶液のpOHは、この式から直ちに計算することができる。25 °Cにおけるアルカリ性の水溶液のpHは、関係式 pH + pOH = 14.00 から計算できる。