עֵרֶךְ הֲגָבָה (pH) משמש מדד לרמת החֻמְצִיּוּת של תְּמִסָּה מֵימִית, בהתבסס על רִכּוּז יוֹנֵי הַמֵּימָן (H+) בתמיסה, הנמדד במוֹל לליטר (המונח מוֹל (mole) הוא קיצור של משקל מולקולרי). פירושו המילולי של המונח pH (potential Hydrogenium) הוא "פּוֹטֶנְצִיָּאל למֵּימָן". חומצות שהומסו יוצרות יוֹנֵי מֵּימָן (H+), ולכן ככל שתמיסה מכילה יותר יוני מימן, היא חומצית יותר. pH מראה אם תמיסה חֻמְצִית, בְּסִיסִית או נֵיטְרָלִית.
pH משפיע על קצב תגובות כימיות וביולוגיות רבות, כמו: מְסִיסוּת מלחים, יצירת מִשְׁקְעֵי מלחים, גרימת קוֹרוֹזְיָה למתכות, היכולת של צמחים לִסְפּוֹחַ מינרלים, עִכּוּל החלבונים בקֵיבָה ושינוי קצב פעילות האֶנְזִימִים בגוף. עקב כך, השימוש שעושות מעבדות בתמיסות בּוּפֶר, המתנגדות לשינוי ברמת החומציות (pH), הוא נפוץ מאוד. ההכנה של תמיסות אלו כמו גם של מצעים לתרביות תאים, חייבת להיעשות באמצעות מים טהורים מאוד כדי למנוע תוצאות לוואי בלתי רצויות ובלתי רלוונטיות שיכולות להיגרם ממַזְהֵמִים שמקורם במים. שמירה על pH יציב היא חיונית לתוצאות מדויקות.
מדידת pH במים טהורים נראית פשוטה בתאוריה.
אמנם, כאשר מנסים לקבוע את רמת ה-pH של מים טהורים, מגלים שזו בעיה מורכבת יותר.
pH של מים מטוהרים
כאמור, ככל שרִכּוּז יוֹנֵי הַמֵּימָן בתמיסה גדל, כך גדלה רמת החֻמְצִיּוּת שלה וערך ה-pH שלה קטן. עֵרֶךְ הֲגָבָה (pH) נמדד בסולם של 0 עד 14. הערך 7 הוא סְתָמִי (נֵיטְרָלִי). במילים אחרות, מצב זה מייצג איזון בין חומציות ובסיסיות. בתמיסה חֻמְצִית, שבה רִכּוּז יוֹנֵי הַמֵּימָן גבוה, ערכי ההֲגָבָה יהיו נמוכים מ-7 (בין 1 ל-7). בתמיסה בסיסית, שבה ריכוז יון המימן נמוך, ערכי ההֲגָבָה יהיו גבוהים מ-7 (בין 7 ל-14). כאשר ערך ה-pH שווה ל-7 התמיסה מוגדרת נֵיטְרָלִית.
עֵרֶךְ pH מוגדר כלוֹגָרִיתְם שְׁלִילִי של אַקְטִיבִיּוּת יוֹנֵי הַמֵּימָן, ומכיוון שכך, עלייה של מספר אחד ב-pH שווה לירידה של פי 10 בריכוז יוֹנֵי הַמֵּימָן, וירידה של מספר אחד ב-pH שווה לעלייה של פי 10 בריכוז יוֹנֵי הַמֵּימָן. למשל עֵרֶךְ הֲגָבָה (pH) 2 יהיה חומצי יותר פי 10 מאשר עֵרֶךְ הֲגָבָה (pH) 3.
מים על-טהורים בעלי ערך הִתְנַגְּדוּת חַשְׁמַלִּית של 18.2 מֵגָהאוֹהם/ס"מ (MΩ/cm), יהיו בהכרח בעלי עֵרֶךְ pH נֵיטְרָלִי של 6.998 ב-25 מעלות צלזיוס. תוצאה זו מתקבלת בגלל התפרקות מולקולות המים (2H2O) ליוני הידרוקסיד (OH–) והידרוניום (H3O+). כפי האמור לעיל, עֵרֶךְ הֲגָבָה (pH) נמדד במוֹל לליטר.
זאת אומרת שריכוז יוני המימן במים על-טהורים הוא 0.0000001, או 10-7 מול לליטר. בהשוואה, ריכוז יוני המימן בחומרים חומציים מאוד עשוי להגיע ל-0.01 או 10-2 מול לליטר. דוגמאות אלה מראות שריכוז יוני המימן בחומר נכתב כחזקה של 10. כדי לציין את ערך ה-pH של חומר, אנחנו מסלקים את מספר הבסיס 10, ואת סימן המינוס.
לאור האמור, בלתי אפשרי למדוד את רמת החומציות של מים טהורים באמצעות טבילה של אֱלֶקְטְרוֹדוֹת מַד-pH לתוך כוס מלאה במים. מדידה כזו מאתגרת בהכרח בגלל שמַד-pH מתבסס על השפעת רמת החומציות על התכונות החשמליות של התמיסה. מכיוון שריכוז היונים במים הוא נמוך מאוד, ההיעדר הכמעט מוחלט שלהם מגביל מאוד את מדידת תנועת האלקטרונים הדרושה, ולעיתים קרובות גורם לקריאות pH בלתי יציבות וחסרות משמעות.
הוספת הכמות הזעירה ביותר של חומצה או בסיס למים טהורים תשנה את רמת החומציות שלהם באופן משמעותי. מים טהורים (H2O) הם בעלי חֹזֶק יוֹנִי נמוך מאוד (הרוב המוחלט של היונים המומסים הוסר) ובמצב כזה הם נחשבים לחֹמֶר מֵמֵס תּוֹקְפָנִי מאוד. כאשר מים טהורים (H2O) חשופים לאוויר, הם נוטים להמיס לתוכם בקלות פַּחְמָן דּוּ-חַמְצָנִי (CO2). כתוצאה מכך נוצרת חֻמְצָה פַּחְמָתִית (H2CO3). החֻמְצָה הפַּחְמָתִית מתפרקת בתורה ליצירת ביקרבונט (HCO3–) שנמצא בשיווי משקל עם קרבונט (CO3-2). התפרקות CO2 במים מובילה בסופו של דבר לערך pH של 5.8 בקירוב. זהו ערך ה- pH שמתקבל בסופו של דבר אם מודדים את רמת החומציות של מים אולטרה-טהורים מבלי לעבוד בתנאים מבוקרים.
ישנם אזכורים שונים בנוגע לנושאים הקשורים למדידת pH של מים עַל-טהורים. הפרמקופיאה האמריקנית (USP) ממליצה על תוספת של אשלגן כלוריד (KCl) כדי להקל על הבעיה. שיטה ניסיונית מדויקת ומורכבת יותר למדידת pH של מים טהורים מתוארת בשיטת ניסוי תקנית של החברה האמריקנית לניסוי וחומרים (ASTM D 5464) בה ננקטים אמצעי זהירות נוספים כאשר מודדים pH בתמיסה שבה רמת מוליכות נמוכה מ-5µS. תקנים אחרים, כמו (ISO 3696) של ארגון התקינה הבינלאומי, פשוט אינם דורשים מדידת pH של מים טהורים או אולטרה-טהורים. הם מסתמכים על פרמטרים פיזיקו-כימיים אחרים כדי לאפיין את איכות המים, כמו מוליכות.
