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La molécula de agua tiene una capacidad limitada para disociarse en un ion hidrógeno (H+), al que también se le llama protón, y un ion hidroxilo (OH−).
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En solución acuosa, un protón se combina de inmediato con una molécula de agua para formar el ion hidronio o hidrogenión (H3O+).
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Sin embargo, por convención, en las reacciones de ionización del agua se utiliza la representación del protón en lugar del ion hidronio.
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Las concentraciones de protones y iones hidroxilo, en agua pura, son de 10−7 M para cada uno, como muestra la siguiente expresión:
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Las concentraciones de ambos iones exponen una relación recíproca: cuando H+ aumenta, OH− disminuye, y viceversa. El producto de sus concentraciones es una constante conocida como producto iónico del agua (Kw), que tiene un valor de 1 × 10−14 M.
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Con el fin de facilitar los cálculos para determinar H+, además de su interpretación, en 1909 el químico danés Sørensen definió el potencial hidrógeno (pH) como el logaritmo negativo de la concentración de iones hidrógeno.
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Más adelante, en 1923 Johannes Brønsted y Thomas Lowry propusieron, en forma independiente, los conceptos de ácido, como la capacidad de las sustancias para ceder protones en una solución acuosa, y de base, como la de aceptar protones. En la práctica, las disoluciones acuosas se clasifican en ácidas, si presentan un pH menor a 7.0; básicas, si el pH es mayor a 7.0, y neutras, si el pH es igual a 7.0.
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Por otra parte, no todos los ácidos se disocian con la misma facilidad. A los que lo hacen por completo en una solución acuosa, se les considera ácidos fuertes; los que se disocian en parte, son ácidos débiles. Algunos ácidos o bases débiles tienen importancia biológica porque evitan cambios bruscos de pH cuando se les agrega pequeñas cantidades de ácidos o bases. A esta propiedad se le denomina capacidad amortiguadora. El fin de los amortiguadores es mantener el pH estable en un intervalo muy estrecho (p. ej., en la sangre va de 7.35 a 7.45).
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El pK es el pH necesario para que un ácido esté 50% no disociado y 50% ...