什么是酸和碱？
酸是质子（H+）的给体，碱是质子的受体——这是 Brønsted–Lowry 定义，也是本页每个面板使用的定义。醋（乙酸）把质子给水；氨接受质子变成铵。每种酸都与它交出质子后留下的物种配对：这一对——乙酸 CH3COOH 与乙酸根 CH3COO−，或铵 NH4+ 与氨 NH3——就是共轭酸碱对，缓冲液和滴定的全部化学都是对这些对的记账。
要记住的一个数字：pH 标度是对数的。一个 pH 单位意味着 [H+] 十倍的变化，所以 pH 3 不是比 pH 7“酸一点点”——它酸 10,000 倍。
pH 与 pOH：在对数标度上数质子
由于 [H+] 在电池酸和管道疏通剂之间跨越十四个数量级以上，化学家把它压缩：pH = −log10[H+]。水本身总会略微解离，[H+][OH−] = Kw = 1.0×10−14（25°C），这就是 pH + pOH = 14 的原因：一个升高，另一个等量下降。中性只是指 [H+] = [OH−] = 10−7，它只在 25°C 时才是 pH 7——热的纯水略低于 7 但仍然是完全中性的。作为本页可复现的标度校验：pH 3.5（大约橙汁的酸度）对应 [H+] = 3.16×10−4 mol/L。
| 物质 | 近似 pH | 物质 | 近似 pH |
|---|
| 胃酸 | 1.5–2 | 纯水（25°C） | 7.0 |
| 柠檬汁 | ~2.4 | 人血 | 7.35–7.45 |
| 黑咖啡 | ~5 | 海水 | ~8.1 |
| 牛奶 | ~6.7 | 家用氨水 | ~11.5 |
Ka、Kb 与 pKa：酸有多强？
HCl 等强酸基本完全解离——倒进水里几乎每个分子都交出质子。弱酸达到平衡：HA ⇌ H+ + A−，由 Ka = [H+][A−]/[HA] 描述。乙酸的 Ka = 1.8×10−5，通常写作 pKa = 4.74（与 pH 相同的 −log 把戏）。有用的是配对规则：共轭对的 Ka × Kb = Kw，所以越强的酸其共轭碱自动越弱。乙酸根是弱乙酸arpartner，是非常弱的碱，Kb = 5.6×10−10（pKb = 9.26）——两个换算都可以在上面的 Ka & Kb 面板运行。
缓冲液与 Henderson–Hasselbalch 方程
缓冲液是弱酸与其共轭碱以相近量存在的混合物。加入的 H+ 被 A− 吃掉；加入的 OH− 被 HA 吃掉；无论哪种情况比值几乎不动，所以 pH 几乎不动。这套记账可以压缩成 pH = pKa + log10([A−]/[HA])。两种浓度相等时 pH 恰好等于 pKa，比值每十倍变化 pH 恰好移动一个单位——对 pKa 为 4.76 的乙酸盐缓冲液，1:10 示例按钮给出 pH 5.76。可靠的缓冲只覆盖 pKa ± 1（比值 0.1–10），这就是选择缓冲液意味着选择 pKa 靠近目标 pH 的体系。血液是典范：碳酸氢盐/CO2 对把血浆维持在 7.35–7.45，超出这个窗口酶就停止工作。
滴定曲线：看着缓冲被打破
向酸中加入强碱会持续改变 [A−]/[HA] 比值，曲线就是画出来的 Henderson–Hasselbalch 方程。早期缓冲液吸收碱，pH 缓慢爬升——平坦区。在等当点碱与酸的摩尔数恰好相等；曲线在这里几乎竖直，这正是该点标记滴定终点的原因。走到一半时 [A−] = [HA]，所以 pH 等于 pKa——这是从曲线测量 pKa 的标准方法。强酸+强碱在 pH 7 相遇，但弱酸+强碱终点高于 7（默认乙酸样品约 8.7），因为烧瓶里剩下的是弱碱。
常见误解
- 强等于浓。不对——强度是酸解离的完全程度，浓度是它有多少。0.001 M HCl 是稀的强酸；冰醋酸是浓的弱酸。
- 中性永远是 pH 7。只在 25°C（Kw = 10−14）时成立。中性就是 [H+] = [OH−]，仅此而已。
- pH 止于 0 和 14。那只是 25°C 水标度的边界。12 M HCl 大约是 pH −1，浓 NaOH 超过 14。
- 弱酸 pH = 浓度的 −log。这条捷径只对强酸成立。弱酸的 pH 还需要它的 Ka，因为大多数分子从不解离。
相关工具：化学平衡（Ka 这类平衡常数的来源）、光谱（用光测量浓度）和 生物计算器（微摩尔单位的缓冲液配方）。
