水素イオン指数
降水中に二酸化炭素が溶け込むので、大気汚染がなくても雨水のpHは7.0よりも5.6に近い値になり、わずかに酸性を示す。火山活動や生物活動、あるいは化石燃料の燃焼により放出された硫黄酸化物や窒素酸化物が大気に含まれていると、これらが雨水に溶け込むことにより、雨のpHは5.6よりも低くなる。このような雨を酸性雨という。
以下の方法によりpHを測定できる。
この量は、添加した塩化物イオンの質量モル濃度に依存する量であるが、添加量を変えて測定を行い、測定値を mCl → 0 に外挿すると、塩化物の添加量に依らない標準溶液 S に固有の値が得られる。標準溶液 S のpHは次式で与えられる。
p H ( S ) = lim m C l − → 0 ( − log 10  a H + γ C l − ) + log 10  γ C l − {\displaystyle \mathrm {pH(S)} =\lim _{m_{\mathrm {Cl} ^{-}}\to 0}\left(-\log _{10}a_{\mathrm {H} ^{+}}\gamma _{\mathrm {Cl} ^{-}}\right)+\log _{10}\gamma _{\mathrm {Cl} ^{-}}}
右辺第2項は、デバイ・ヒュッケル理論に基づいたベイツ–グッゲンハイムの規約を使って、標準溶液 S のイオン強度 I から計算される。
log 10  γ C l − = − A I 1 + 1.5 I {\displaystyle \log _{10}\gamma _{\mathrm {Cl} ^{-}}=-{\frac {A{\sqrt {I}}}{1+1.5{\sqrt {I}}}}}
ここで A は、温度と水の誘電率には依存するが、溶質の種類や量には依らない係数である。
一次測定により求められるpHの不確かさは、一次標準溶液では 0.003 程度である。
25 °Cにおける飽和水溶液のモル濃度は 16.6×10 mol/L である。
pOH = −log10(2×16.6×10) = 3.5
pH = 14.00 − 3.5 = 10.5
水酸化マグネシウムは強塩基であるが、水に対する溶解度が低いため、その水溶液は弱アルカリ性になる。
セーレンセンははじめ、水素電極を用いたときの起電力が水素イオン濃度 [H] の対数に比例するものとした(1909年)。 p H = − log 10  [ H + ] m o l / L {\displaystyle \mathrm {{pH}=-\log _{10}{\frac {[{H}^{+}]}{mol/L}}} }
その後、考えを改め、起電力が水素イオン活量 aH の対数に比例するものとした(1924年)。 p H = − log 10  a H + {\displaystyle \mathrm {pH} =-\log _{10}a_{\mathrm {H} ^{+}}}
IUPACは、操作的に定義されたpHは簡単な解釈ができない、としている。ただし十分希薄な水溶液(pHが2から12の間にあって、かつイオン強度が0.1より小さい水溶液)に限れば、pHを水素イオン活量の逆数の対数とみなせる、ともしている。