חומצות, בסיסים ויונים במים.

שלב 1 מתוך 5

שני יונים

חומץ, מיץ לימון וחומצת הקיבה חמוצים; סבון, סודה לשתייה ואקונומיקה חלקלקים ומרים. ההבדל בא מיונים במים. חומצה היא חומר שמוסר פרוטון, יון $\mathrm{H^+}$⁠, למולקולת מים, ויוצר יון הידרוניום, $\mathrm{H_3O^+}$⁠:

$\mathrm{HCl + H_2O \rightarrow H_3O^+ + Cl^-}$⁠

בסיס הוא חומר שנותן במים יוני הידרוקסיד, $\mathrm{OH^-}$⁠. בסצנה כוס מים, והגרף השני מראה כמה יש מכל אחד משני היונים.

שלב 2 מתוך 5

מים טהורים

מים לבדם לא חסרי יונים. בכל רגע מולקולות מים בודדות מעבירות פרוטון זו לזו, $\mathrm{2H_2O \rightleftharpoons H_3O^+ + OH^-}$⁠, ומיד מתחברות בחזרה: שיווי משקל, כמו ביחידה הקודמת. בכוס רואים את זה כהבזקים קטנים. ה־pH קבוע עכשיו על 7.

שלב 3 מתוך 5

חזקה וחלשה

חומצות שונות מוסרות פרוטונים בקלות שונה. חומצה חזקה, כמו חומצה מלחית, $\mathrm{HCl}$⁠, מוסרת את כולם. חומצה חלשה, כמו חומצה אצטית שבחומץ, מגיעה לשיווי משקל שבו רוב המולקולות שלה נשארות שלמות:

$\mathrm{CH_3COOH + H_2O \rightleftharpoons CH_3COO^- + H_3O^+}$⁠

שלב 4 מתוך 5

בסיסים

גם בסיסים חזקים או חלשים. נתרן הידרוקסידי, $\mathrm{NaOH}$⁠, מתפרק כולו ל־$\mathrm{Na^+}$⁠ ול־$\mathrm{OH^-}$⁠. אמוניה, $\mathrm{NH_3}$⁠, לוקחת פרוטון ממים רק בחלק קטן מהמולקולות שלה, ומשאירה $\mathrm{OH^-}$⁠. ה־pH עומד עכשיו על 11.

שלב 5 מתוך 5

מכפלת היונים

בשיווי המשקל של המים, ב־25 °C, מכפלת הריכוזים של שני היונים קבועה:

$[\mathrm{H_3O^+}][\mathrm{OH^-}] = 10^{-14}$$[\mathrm{H_3O^+}][\mathrm{OH^-}] =$$10^{-14}$⁠

כשמוסיפים חומצה, $\mathrm{H_3O^+}$⁠ גדל ו־$\mathrm{OH^-}$⁠ קטן, כך שהמכפלה נשמרת. בגרף השני זה נראה כמו נדנדה: כשפס אחד עולה, השני יורד באותה מידה.