メジャー向け生物学I

溶液のpHとは酸性・アルカリ性度合いを表しますが、このpHを求めるには、酸・アルカリ性度合いを知る必要があります。

Litmus{H}_2} text{O}left(\text{I}) \longleftrightarrowtext{H}^{+}arette(aqarette)+text{OH}^{-}arette(aqarette)

pH紙とは天然の水溶性色素で処理したろ紙なのでpH表示として使用することができる。 溶液中に酸（酸性）や塩基（アルカリ性）がどのくらい存在するかを調べるためのものです。 また、プールの水が適切に処理されているかどうかを調べるために使用したことがある人もいるかもしれません。

水素イオンは、純水中でごく一部の水分子が解離（イオン化）して、同数の水素（H+）イオンと水酸化物（OH-）イオンとなることにより自然に生成されます。 水酸化物イオンは他の水分子と水素結合して溶液中に留まっているが、裸の陽子からなる水素イオンはイオン化していない水分子に直ちに引き寄せられて、ヒドロニウムイオン（H3O+）を形成する。

純水から解離する水素イオンの濃度は、水1リットルあたり1×10-7モルのH+イオンである。 モル（mol）とは、物質（原子、分子、イオンなどがある）の量を表す方法で、1モルはその物質の6.02×1023個の粒子に相当する。 したがって、水1モルは水分子6.02×1023個に等しい。 pHは、この濃度の底10の対数の負値として計算されます。 1×10-7のlog10は-7.0であり、この数値のマイナス（pHのpで示される）がpH7.0となり、これは中性pHとも呼ばれる。 中性に近いpHが保たれているのは、人間の細胞内と血液内です。

水に酸や塩基を溶かすと中性でないpHが測定されます。 負の対数を用いて正の整数を生成すると、高濃度の水素イオンは低いpH値をもたらし、一方、低濃度の水素イオンは高いpH値となる。 酸とは、溶液中の水素イオン（H+）の濃度を高める物質で、通常はその水素原子の1つが解離することによって、水素イオンを増加させる。 塩基は、水酸化物イオン（OH-）またはその他の負電荷イオンを供給し、水素イオンと結合して溶液中の濃度を下げ、それによってpHを上昇させる。 塩基が水酸化物イオンを放出する場合、これらのイオンは遊離の水素イオンと結合し、新しい水分子を生成します。

図1.P.2.

酸が強ければ強いほど、H+を供与しやすくなる。 たとえば、塩酸（HCl）は完全に水素イオンと塩化物イオンに解離し、強い酸性であるが、トマトジュースや酢の酸は完全に解離せず、弱酸とみなされる。

逆に、強い塩基は、容易にOH-を提供するか、水素イオンを取り込む物質である。 水酸化ナトリウム（NaOH）や多くの家庭用洗剤は強アルカリ性で、水に入れると急速にOH-を放出し、それによってpHが上昇する。 弱塩基性溶液の例は海水で、pHは8.0に近く、中性pHに近いため、この塩分環境に適応した海洋生物は海水で生育することができます

pHスケールは、前述のように逆対数で、0～14の範囲です(図1)。 7.0以下（0.0から6.9まで）は酸性で、7.0以上（7.1から14.0まで）はアルカリ性である。 pHが7.0より極端に高いものは、通常、生命にとって好ましくない環境と考えられています。 細胞内のpH（6.8）や血液中のpH（7.4）は中性に近いのですが、胃の中の環境はpH1～2と強い酸性です。では、胃の細胞はどのようにしてこのような酸性の環境下で生きているのでしょうか。 どのようにして、細胞内のpHをほぼ中性に保っているのだろうか。 答えは、それができず、常に死んでいるということです。 死んだ細胞は胃酸で消化され、その代わりに新しい胃の細胞が常に生産されている。 人間の胃の粘膜は、7～10日ごとに完全に入れ替わると言われています。