pHの尺度
pH 2.4の酢は、pH 7の純水の約4万倍のオキソニウムイオンを1リットル中に含みます。
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水溶液のオキソニウムイオン濃度は、強い酸性では1リットルあたり1モル以上、強い塩基性では1リットルあたり10⁻¹⁴ mol未満まで変わります。0.0000001や0.00000000001のような数を毎回書くのは不便なので、化学では対数の尺度を使います。pHはオキソニウムイオン濃度の常用対数に負号をつけた値です。pH = −log[H₃O⁺]と表し、逆に[H₃O⁺] = 10^(−pH)となります。
1違うと10倍です
25 °Cの純水では[H₃O⁺] = 1.0 × 10⁻⁷ Mなので、pHは7.00です。[H₃O⁺] = 1.0 × 10⁻³ Mの水溶液のpHは3です。この4段階の差は、10 × 10 × 10 × 10、つまりオキソニウムイオン濃度が1万倍という意味です。OpenStaxでは、酢の濃度を約4 × 10⁻³ M、pHを2.4、胃酸の濃度を1.2 × 10⁻³ M、pHを2.92としています。対数の尺度なので、見た目の小さな差が大きな変化を表します。NOAAによると、産業革命以降、海面付近の海水のpHは約0.1低下しました。これは酸性度の約30%の増加に相当すると説明されています。
pOHと14という数
水酸化物イオン濃度にも、pOH = −log[OH⁻]という値を使います。Kw = [H₃O⁺][OH⁻] = 1.0 × 10⁻¹⁴の対数をとると、25 °CではpH + pOH = 14.00という簡潔な関係が得られます。[H₃O⁺]が[OH⁻]より大きければ酸性でpHは7未満、等しければ中性でpHは7、[OH⁻]の方が大きければ塩基性でpHは7より大きくなります。例えば0.0125 Mの水酸化カリウム水溶液では[OH⁻] = 0.0125 Mなので、pOH = 1.90、pH = 14.00 − 1.90 = 12.10です。
中性を表す値が7なのは25 °Cの場合だけです。水の自己電離は熱を吸収するため、高温ほど進みます。100 °CではKwは約5.6 × 10⁻¹³に上がり、OpenStaxの計算では80 °Cの純水のpHは6.31です。それでも[H₃O⁺]と[OH⁻]が等しいので、中性です。特に断りがなければ、pHは25 °Cでの値を示します。
身近な物質の位置
胃液はpH 1.5付近、ライム果汁は2付近で、どちらも強い酸性です。コーヒーは5前後です。通常の雨水は、空気中の二酸化炭素が溶けて炭酸を生じるため、pH 5から6です。pH 5未満の雨を酸性雨と呼びます。人の血液は緩衝作用によって7.4付近に保たれています。塩基性側では、0.1 Mの重曹水が8.3、マグネシア乳（水酸化マグネシウム懸濁液）が約10.5、0.1 Mのアンモニア水が11.1です。実験のメニューから物質を選ぶと、その位置へ移動します。
実験室ではpHメーターでpHを測ります。研究用はpH 0.001単位まで、安価な携帯型は約0.01単位まで読み取れ、後者の精度は約±0.2です。手早く見積もるには、次の単元で扱う指示薬を使います。
pH = −log[H₃O⁺]。[H₃O⁺] = 10^(−pH)。Kw = [H₃O⁺][OH⁻] = 1.0 × 10⁻¹⁴。pH + pOH = 14。
- [H₃O⁺] = 1.0 × 10⁻³ Mの水溶液のpHはいくらですか？
- pH 3の水溶液はpH 5の水溶液の何倍のH₃O⁺を含みますか？
- 25 °CでpH 9.0の水溶液のpOHはいくらですか？
- [H₃O⁺] = 1.2 × 10⁻³ Mの胃酸のpHはいくらですか？
- 0.0125 MのKOH水溶液のpHはいくらですか？
- pH 8.3の水溶液は、どの性質ですか？
- 塩基性
- 酸性
- 中性の物質
- 判断できない
- 80 °Cの純水のpHは6.31です。この水の性質はどれですか？
- 中性の物質
- 酸性
- 塩基性
- 汚染されている
- 酸性雨とは、pHがいくつ未満の雨ですか？
- 血液のpHは7.4です。[H₃O⁺]を有効数字1桁で表すと、どれですか？
- 4 × 10⁻⁸ M
- 7.4 × 10⁻⁷ M
- 1 × 10⁻⁷ M
- 4 × 10⁻⁷ M
- pH 2.0の強酸の水溶液を10倍に薄めると、pHはいくらになりますか？
- pH = −log[H₃O⁺]です。pHの差1は濃度の10倍の差です。
- 25 °CではpH + pOH = 14です。7未満は酸性、7は中性、7より大きければ塩基性です。
- 中性のpHは温度によって異なり、80 °Cでは6.31です。
このコースの出典 (10)
- OpenStax Chemistry 2e (openstax.org/books/chemistry-2e): 4.2 neutralization and antacids (stomach roughly 0.03 M HCl, milk of magnesia Mg(OH)2, Al(OH)3)
- 14.1 Brønsted-Lowry acids and bases (Boyle 1680, Davy 1815, Arrhenius 1884, Brønsted and Lowry 1923, autoionization about two in a billion molecules, Kw = 1.0 × 10⁻¹⁴ at 25 °C, about 5.6 × 10⁻¹³ at 100 °C)
- 14.2 pH and pOH (pH = −log[H3O+], stomach acid 1.2 × 10⁻³ M gives 2.92, vinegar about 4 × 10⁻³ M gives 2.4, blood 7.3, KOH 0.0125 M gives 12.10, neutral pH 6.31 at 80 °C, rainwater 5 to 6, acid rain below 5, pH meter resolution 0.001, Figure 14.2: 1 M HCl 0, gastric juice about 1.5, lime juice about 2, wine about 3.5, coffee about 5, milk of magnesia about 10.5)
- 14.3 relative strengths (six strong acids and six strong bases, Ka, percent ionization, 0.100 M acetic acid 1.3%)
- 14.6 buffers (normal blood pH about 7.4)
- 14.7 titrations (25.00 mL of 0.100 M HCl or acetic acid with 0.100 M NaOH, Table 14.2, equivalence pH 7.00 and 8.72, half-equivalence pH = pKa, Ka acetic acid 1.8 × 10⁻⁵, methyl orange Ka 4.0 × 10⁻⁴ red HIn and yellow In⁻, interval about pKa ± 1, phenolphthalein colourless below pH 8.3)
- LibreTexts Acid-Base Indicators (litmus about 5 to 8, methyl orange 3.1 to 4.4, phenolphthalein 8.3 to 10.0; chem.libretexts.org) and bromothymol blue 6.0 to 7.6 yellow to blue (Prairie South indicator table via LibreTexts Chemistry 30)
- PubChem acetic acid pKa 4.76 at 25 °C, sodium bicarbonate 0.1 M pH 8.3, ammonia 0.1 N pH 11.1, sodium hydroxide (pubchem.ncbi.nlm.nih.gov)
- NOAA Ocean acidification (noaa.gov: surface ocean pH has fallen by 0.1 since the industrial revolution, about a 30 percent increase in acidity)
- IUPAC CIAAW abridged standard atomic weights.
確認日: 2026-10-17