pHとは？
pHは、水溶液がどれだけ酸性または塩基性かを示す指標です。水素イオン濃度[H⁺]（単位：mol/L）の常用対数（底10）に負号を付けた値として定義されます。pHのスケールは通常0〜14の範囲で、7より小さければ酸性、ちょうど7なら中性（25 °Cの純水）、7より大きければ塩基性（アルカリ性）です。この計算ツールは[H⁺]からpHへ、そしてpHから[H⁺]へと双方向の変換に対応し、あわせてpOHと水酸化物イオン濃度[OH⁻]も表示します。
使い方
まずモードを選びます。濃度 → pHでは、水素イオン濃度をmol/L単位で入力すると（たとえば\(10^{-4}\)なら0.0001）、pHが求められます。pH → 濃度では、pHの値を入力すると[H⁺]が返されます。どちらのモードでも、\(\text{pOH} = 14 - \text{pH}\) と \(\text{[OH}^{-}\text{]} = 10^{-\text{pOH}}\) が同時に表示され、さらにその溶液が酸性・中性・塩基性のいずれかも判定されます。
計算式の解説
基本となる式は次のとおりです。
$$\text{pH} = -\log_{10}\!\left(\text{[H}^{+}\text{]}\right)$$対数で表されているため、pHスケール上で整数1つぶんの変化は[H⁺]の10倍の変化を意味します。たとえばpH 4の溶液は、pH 5の溶液より10倍酸性が強いことになります。この式を変形すると次が得られます。
$$\text{[H}^{+}\text{]} = 10^{-\text{pH}}$$また、関連する関係式 \(\text{pH} + \text{pOH} = 14\) は、25 °Cの希薄水溶液で成り立ち、水のイオン積 \(K_w = 1.0 \times 10^{-14}\) から導かれます。
計算例
たとえば \(\text{[H}^{+}\text{]} = 0.0001 \text{ mol/L} = 10^{-4}\) とします。このとき
$$\text{pH} = -\log_{10}\!\left(10^{-4}\right) = 4$$です。\(\text{pOH} = 14 - 4 = 10\)、\(\text{[OH}^{-}\text{]} = 10^{-10} \text{ mol/L}\) となります。pH 4は7より小さいので、この溶液は酸性です。
よくある質問
pHは0未満や14を超えることはありますか？ あります。非常に濃い強酸ではpHがマイナスになることがあり、濃い強塩基では14を超えることもあります。0〜14という範囲はあくまで一般的な目安であり、絶対的な限界ではありません。
どの温度を前提にしていますか？ 中性のpH 7や pH + pOH = 14 の関係は25 °Cを前提としています。温度が変わるとKwも変化し、中性のpHもずれます。
なぜ対数を使うのですか？ 水素イオン濃度は何桁にもわたって変化します。対数スケールを使うことで、これを扱いやすく読み取りやすい範囲に圧縮できるためです。
