pH
溶液のpHは、重要な化学的性質である。 酸素は水素よりずっと電気陰性です。 酸素と水素の結合で共有される両方の電子は、水素よりも酸素原子のほうでより多くの時間を過ごす傾向があります。 液体水中では、大部分の水分子はそのままの状態を保っているが、ある瞬間、少数の水素原子が電気陰性である酸素の圧力に屈し、共有電子を両方とも失ってしまう。 このとき、共有結合が切れて、水素イオン（酸素に電子を奪われたため正の電荷を持つ、略号：H+）が放出される。 元の水分子の残った部分は、水酸化物イオン（余分な電子を保持しているので負の電荷、略号=OH-）と呼ばれます。 H+イオンとOH-イオンは溶液中にごく微量に存在しますが、特にそのバランスが崩れると溶液の性質に大きな影響を及ぼします。 純水中では、水酸化物イオンが生成されるたびに水素イオンが生成されるため、陰イオンと陽イオンの数は等しくなります。
塩酸（HCl）は、塩素が非常に強い電気陰性であるため、容易に解離（分離）する分子化合物である。 水に入れると、塩酸の共有結合が切れてH+イオンとCl-イオンができ、溶液中のH+イオンの濃度が高くなる。 このとき、H+イオンがOH-イオンよりも多く存在するため、酸性の溶液となる。 溶液にH+イオンを加える化合物を酸と呼びます。
水分子の分裂は非常にまれなので、溶液中の水素イオンと水酸化物イオンの数は非常に少なく、特殊な対数ベースの式を使って水素イオンの数を測定し、pHスケールでより扱いやすい数値を与えています。 pHは0から14まであり、溶液中の水素イオン（H+）の濃度を表しています。 純水のpHは7で、これは無傷の水分子1つに対して1×10-7の水素イオンが存在することを表しています。 これは
1000万個のH2O分子に1個のH+イオンしかない！
pHスケールでは、H+イオン濃度が増加するとpH値は減少します。 つまり、pH値が低いほどH+イオン濃度が高く（酸性溶液）、pH値が高いほどH+濃度が低い（塩基性溶液）ことを示しています。 最後に、pHスケールが整数倍変化するごとに、実際のH+イオン濃度は10倍変化する。 たとえば、pHが7から8に変化すると、水素イオン濃度が1000万分の1から1億分の1に低下することを表します。
pH Tester
この活動では、一般家庭や食品のpHを決定します。
Buffers
Why do we care about the pH of a solution? 体内のほとんどの細胞は、中性に近い非常に狭い範囲のpHでしか機能しません。 私たちの成長や生殖を助け、食べたものを分解し、その他の重要な機能を助ける酵素は、それぞれ特定の狭いpH範囲内で働いています。 この pH を維持するために、ほぼすべての生体溶液に緩衝剤が存在します。
緩衝剤とは、溶液の pH の変化を最小限に抑えるあらゆる物質のことです。 ほとんどの緩衝剤は、弱酸と弱塩基の組み合わせからなり、弱酸が解離して（分離して）H+イオンを放出した後に残るアニオンが塩基となります。 わかりにくいかもしれませんが、実は、緩衝剤は必要なときにはH+イオンに対して、また必要なときにはOH-イオンに対して「友達」として働き、pH値のバランスを一定に保つという、かなり単純な前後関係なのです。
3人の子供がいる家族を想像してください。 一番上の子と一番下の子がよくケンカをする場合、真ん中の子がケンカしている2人の子の「緩衝材」の役割をすることがよくあります。 この場合の緩衝材とは、上の子が注意を必要としているときには上の子のゲームを、下の子が注意を必要としているときには下の子の簡単なゲームをする、という意味です。 それぞれの子どものニーズに合わせてシフトすることで、真ん中の子どもは状況を緩和し、結果として怒る子どもを少なくすることができます。 これは、真ん中の子の緩衝材としては最適ではないかもしれませんが、親にとっては幸せなことです！
溶液中では、化学的緩衝材も同じような働きをします。 たとえば、炭酸（H2CO3）は弱酸である。 これを溶液に入れると、少量の炭酸はH+イオンと残りの重炭酸アニオン（HCO3-）に解離する。 これによりH+イオン濃度が上昇し、pH値が下がる（酸性に向かう）。 重炭酸イオンは、溶液中に多くのH+イオンがあると、過剰なH+イオンと再合成（化学結合）して弱酸を形成し、H+イオン濃度を下げてpH値を上昇させる（塩基性に戻す）ため、弱塩基とみなされます
緩衝剤は、溶液への他の物質の出入りに伴うH+イオン濃度の増減に応じて化学反応の方向を調整（解離または再合成）してpH値を維持しています。 緩衝溶液に塩酸（HCl）のような強酸を加えると、HClの解離により突然H+イオンが過剰になります。 このとき、溶液中の緩衝剤は、この過剰なH+イオンを結合して弱酸を再形成し、過剰なH+イオンを使い切るので、酸を加えてもpHを同じ値付近に保つことができます。 血流中の炭酸／重炭酸イオンの存在は、体がアシドーシスやアルカローシスを避けるために血液のpHを調節する主な方法の1つで、どちらも血液pHレベルの変化により生命を脅かす状態です
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