pH

용액이 수소이온을 주거나(공여) 받아들일(수용) 수 있는 잠재력에 따라 산성 혹은 염기성이 결정됩니다. 산성 용액은 양성자를 공여하는 반면, 염기성 혹은 알칼리성 용액은 양성자를 수용할 수 있습니다. 순수한 물은 양성자를 공여할 수 있는 수소 이온과 양성자를 수용할 수 있는 수산화 이온을 동일하게 가지고 있기 때문에 중성 용액이 됩니다.

pH는 수소 이온의 농도에 의해 결정되는 수용액의 산도 또는 염기도를 재는 척도입니다. 1리터의 순수한 물에는 1×10^-7 몰(mole)에 해당하는 수소 이온이 있습니다. 그러나 수용액의 수소 이온 농도는 너무나 광범위해서 pH를 몰(mole) 단위로 측정하는 것을 번거롭게 만듭니다. 따라서 pH 척도는 몰 단위의 수소 이온 농도에 10을 밑으로 하는 상용로그를 취해 -1을 곱한 값을 씁니다. 순수한 물의 pH는 7로 중성 용액을 나타냅니다. 대부분의 용액은 0에서 14 사이의 pH를 가지고 있지만 카르보란(carborane; pH가 -18) 같은 일부 용액은 이를 초과합니다. 참고로 1리터의 카르보란엔 1×10¹⁸ 몰에 해당하는 수소이온이 들어있습니다.

자유 수소 이온이 축적되면 카르보란과 같은 산성 용액이 되고 pH 값은 7 이하로 떨어집니다. 커피, 레몬 주스 및 위산은 산성 용액으로 각각 pH가 4.5, 2.5, 1.5 정도입니다.

pH 값이 7 이상인 용액은 수소 이온 농도가 낮고 알칼리성을 띱니다. 이런 용액에서 수소 이온은 수산기(hydroxyl group)와 같은 다른 화합물 구성 요소에 결합합니다. 이렇게 되면 자유 수소 이온의 총 수가 감소하고 pH 값을 증가시킵니다. 알칼리성 용액의 예로 각각 8과 12의 pH를 갖는 바닷물과 비눗물이 있습니다.

완충용액(buffer)은 수소 이온을 흡수하거나 방출하여 pH의 큰 변화를 방지합니다. 대부분의 생물학적 기능은 약 7.35~7.45의 중립에 가까운 pH 조건에서 발생하기 때문에, 완충용액은 중요한 역할을 합니다. 예를 들어 혈액은 이산화탄소가 많아지면 산성 상태가 됩니다. 이 때 중탄산염(bicarbonate)은 완충 역할을 하여 혈액을 다시 정상 pH로 되돌립니다. 중탄산염은 또한 위장에서 소장으로 이동할 때 유미즙(chyme)을 완충하는 데도 쓰입니다. 중탄산염이 없다면 소화된 음식의 산이 장의 내벽을 손상시킬 것 입니다.