甚麼是pH？pH是拉丁文“Pondus hydrogenii”一詞的縮寫（Pondus=壓強 、壓力hydrogenium=氫），用來量度(dù)物質中氫離子的活性 。這一活性直接(jiē)關(guān)系到水溶(róng)液的酸性 、中性和鹼性。水在化(huà)學上是中性的，但不是沒有離子 ，即(jí)使化(huà)學純水也有微量被離解(jiě) ：嚴格(gé)地講(jiǎng)，在與水分(fèn)子水合(hé)作用以前 ，氫核不是以自(zì)由(yóu)態存在 。
H2O+ H2O=H3O+ + OHˉ
由(yóu)於(yú)水合(hé)氫離子（H3O+）的濃度(dù)是與氫離子（H+）濃度(dù)等同看待，上式可以簡(jiǎn)化(huà)成下述常用的形式 ：
H2O=H+ + OHˉ
此處正的氫離子，人們在化(huà)學中表示為“H+離子”或(huò)“氫核”。水合(hé)氫核表示為“水合(hé)氫離子”。負的氫氧根離子稱為“氫氧化(huà)物離子” 。
利用質量作用定律 ，對於(yú)純水的離解(jiě)可以找到一平衡常數(shù)加以表示：
K=H3O+×OH-————H2O
由(yóu)於(yú)水只有極(jí)少量被離解(jiě) ，因此水的克分(fèn)子濃度(dù)實(shí)際為一常數(shù)，並且(qiě)有平衡常數(shù)K可求(qiú)出水的離子積KW 。
KW=K×H2O KW= H3O+·OH－=10－7·10－7=10－14mol/l(25℃)
也就是說對於(yú)一升(shēng)純水在25℃時存在10－7摩爾H3O+離子和10－7摩爾OHˉ離子 。
在中性溶(róng)液中 ，氫離子H+和氫氧根離子OHˉ的濃度(dù)都是10－7mol/l。如 ：
假如有過量的氫離子H+，則溶(róng)液呈酸性。酸是能(néng)使水溶(róng)液中的氫離子H+游離的物質。同樣 ，如果使OHˉ離子游離 ，那麼溶(róng)液就是鹼性的 。所以，給出H+值就足以表示溶(róng)液的特性 ，呈酸性還是鹼性 ，為了(le)免於(yú)用此分(fèn)子濃度(dù)負冥指數(shù)進行運算 ，生物學家澤倫森（Soernsen）在1909年建議將此不便使用的數(shù)值用對數(shù)代替，並定義為“pH值” 。數(shù)學上定義pH值為氫離子濃度(dù)的常用對數(shù)負值 。即(jí)pH=-log[H+] 。
因此，pH值是離子濃度(dù)以10為底的對數(shù)的負數(shù)：
改變50m3的水的pH值，從pH2到pH3需(xū)要500L漂白劑。然而 ，從pH6到pH7只需(xū)要50L的漂白劑。
測量pH值的方法(fǎ)很多 ，主(zhǔ)要有化(huà)學分(fèn)析(xī)法(fǎ)、試紙法(fǎ)、電位法(fǎ)。現主(zhǔ)要介紹電位法(fǎ)測得pH值。
電位分(fèn)析(xī)法(fǎ)所用的電極(jí)被稱為原(yuán)電池。原(yuán)電池是一個系統，它(tā)的作用是使化(huà)學反應能(néng)量轉成為電能(néng)。此電池的電壓被稱為電動勢（EMF） 。此電動勢（EMF）由(yóu)二個半電池構成，其中一個半電池稱作指示電極(jí) ，它(tā)的電位與特定的離子活度(dù)有關(guān) ，如H+ ；另一個半電池為參比半電池 ，通常稱作參比電極(jí)，它(tā)一般是測量溶(róng)液相(xiàng)通，並且(qiě)與測量儀表相(xiàng)連(lián)。
例如 ，一支電極(jí)由(yóu)一根插在含有銀(yín)離子的鹽溶(róng)液中的一根銀(yín)導(dǎo)線(sī)製成 ，在導(dǎo)線(sī)和溶(róng)液的界面處 ，由(yóu)於(yú)金屬和鹽溶(róng)液二種物相(xiàng)中銀(yín)離子的不同活度(dù) ，形成離子的充電過程 ，並形成一定的電位差 。失去(qù)電子的銀(yín)離子進溶(róng)液。當沒有施加外電流進行反充電，也就是說沒有電流的話 ，這一過程*終(zhōng)會達(dá)到一個平衡。在這種平衡狀(zhuàng)態下存在的電壓被稱為半電池電位或(huò)電極(jí)電位 。這種（如上所述）由(yóu)金屬和含有此金屬離子的溶(róng)液組成的電極(jí)被稱為*類電極(jí) 。
此電位的測量是相(xiàng)對一個電位與鹽溶(róng)液的成分(fèn)無(wú)關(guān)的參比電極(jí)進行的。這種具有獨立電位的參比電極(jí)也被稱為第二電極(jí)。對於(yú)此類電極(jí) ，金屬導(dǎo)線(sī)都是覆蓋一層此種金屬的微溶(róng)性鹽（如：Ag/Agcl），並且(qiě)插入含有此種金屬鹽陰離子的電解(jiě)質溶(róng)液中 。此時半電池電位或(huò)電極(jí)電位的大小取(qǔ)決於(yú)此種陰離子的活度(dù) 。
此二種電極(jí)之間(jiān)的電壓遵循能(néng)斯(sī)特（NERNST）公式 ：
式中 ：E—電位
E0—電極(jí)的標準電壓
R—氣體常數(shù)（8.31439焦耳/摩爾和℃）
T—開氏溫度(dù)（例 ：20℃相(xiàng)當於(yú)（273.15+20）293.15開爾文）
F—法(fǎ)拉弟常數(shù)（96493庫化(huà)/當量）
n—被測離子的化(huà)合(hé)價（銀(yín)=1，氫=1）
ln（aMe）—離子活度(dù)aMe的對數(shù)
標準氫電極(jí)是所有電位測量的參比點。標準氫電極(jí)是一根鉑絲 ，用電解(jiě)的方法(fǎ)鍍（塗覆）上氯化(huà)鉑，並且(qiě)在四(sì)周(zhōu)充入氫氣（固定壓力為1013hpa）構成的 。
將此電極(jí)浸入在25℃時H3O+離子含量為1mol/l溶(róng)液中便形成電化(huà)學中所有電位測量所參照的半電池電位或(huò)電極(jí)電位。其中氫電極(jí)作為參比電極(jí)在實(shí)踐中很難實(shí)現 ，於(yú)是使用第二類電極(jí)做(zuò)為參比電極(jí)。其中*常用的便是銀(yín)/氯化(huà)銀(yín)電極(jí)。該電極(jí)通過溶(róng)解(jiě)的AgCl對於(yú)氯離子濃度(dù)的變化(huà)起(qǐ)反應 。
此參比電極(jí)的電極(jí)電位通過飽和的kcl貯池（如：3mol/l kcl）來實(shí)現恆(héng)定 。液體或(huò)凝膠形式的電解(jiě)質溶(róng)液通過隔膜(mó)與被測溶(róng)液相(xiàng)連(lián)通 。
利用上述的電極(jí)組合(hé)—銀(yín)電極(jí)和Ag/AgCl參比電極(jí)可以測量膠片沖洗液中的銀(yín)離子含量。也可以將銀(yín)電極(jí)換成鉑或(huò)金電極(jí)進行氧化(huà)還原(yuán)電位的測量。例如：某種金屬離子的氧化(huà)階段。
常用的pH指示電極(jí)是玻璃電極(jí) 。它(tā)是一支端(duān)部吹成泡狀(zhuàng)的對於(yú)pH敏感的玻璃膜(mó)的玻璃 。管(guǎn)內(nèi)充填有含飽和AgCl的3mol/l kcl緩衝溶(róng)液 ，pH值為7 。存在於(yú)玻璃膜(mó)二面的反映pH值的電位差用Ag/AgCl傳(chuán)導(dǎo)系統 ，
如第二電極(jí) ，導(dǎo)出。pH復合(hé)電極(jí)和pH固態電極(jí)，
此電位差遵循能(néng)斯(sī)特公式 ：
能(néng)斯(sī)特公式
將E0、R、T（298.15K即(jí)25℃）等數(shù)值代入上式既得 ：
E=59.16mv/25℃ per pH （式中已將ln（H3O+）轉化(huà)為pH）
式中R和F為常數(shù) ，n為化(huà)合(hé)價，每種離子都有其固定的值。對於(yú)氫離子來講(jiǎng)n=1 。溫度(dù)“T”做(zuò)為變量，在能(néng)斯(sī)特公式中起(qǐ)很大作用。隨(suí)著溫度(dù)的上升(shēng) ，電位值將隨(suí)之增大。
對於(yú)每1℃的溫度(dù)變大 ，將引起(qǐ)電位0.2mv/per pH變化(huà)。用pH值來表示則每1℃第1pH變化(huà)0.0033pH值。
這也就是說 ：對於(yú)20～30℃之間(jiān)和7pH左右的測量不需(xū)要對溫度(dù)變化(huà)進行補償 ；而對於(yú)溫度(dù)>30℃或(huò)<20℃和pH值>8pH或(huò)6pH的應用場(chǎng)合(hé)則必須對溫度(dù)變化(huà)進行補償
