pH ir rādītājs, kas raksturo šķīduma skābumu vai bāziskumu un tiek aprēķināts kā ūdeņraža jonu koncentrācijas negatīvais logaritms. pH skala ir robežās no 0 līdz 14, kur skaitliskā vērtība 7 apzīmē neitrālu vidi, savukārt pH < 7 raksturo skābu vidi, bet pH > 7 raksturo sārmainu vidi. Vides reakcija būtiski ietekmē procesus gan apkārtējā vidē, gan dzīvajos organismos.

pH tiek definēts kā hidroksonija jonu (H₃O⁺) aktivitātes negatīvais decimāllogaritms. Tā kā hidroksonija jons (H₃O⁺) veidojas ūdens jonizācijas procesā no ūdeņraža jona (H⁺) un ūdens molekulas (H₂O), pH var raksturot arī kā ūdeņraža jonu koncentrācijas negatīvo logaritmu.

pH = -lg a[H⁺] 

Praksē bieži tiek pieņemts, ka atšķaidītos šķīdumos aktivitāti var pielīdzināt koncentrācijai, jo jonu savstarpējā mijiedarbība ir maza un aktivitātes koeficients ir tuvs vienam. Šis pieņēmums ievērojami vienkāršo pH aprēķinus, ļaujot izmantot ūdeņraža jonu koncentrāciju aktivitātes vietā, un nodrošina pietiekamu precizitāti vides reakcijas raksturošanai gan analītiskajā ķīmijā, gan bioloģijā, gan rūpniecībā. Tādējādi pH teorētiski ir balstīts uz jonu aktivitāti, taču praktiskajā pielietojumā to bieži aprēķina, izmantojot ūdeņraža jonu koncentrāciju, īpaši vienkāršās un atšķaidītās sistēmās.

Terminu pH 1909. gadā ieviesa dāņu ķīmiķis Sērens Pēters Laurics Sērensens (Søren Peter Lauritz Sørensen). S. P. L. Sērensens strādāja Karlsberga pētniecības laboratorijā (Carlsberg Research Laboratory), kas bija privāts zinātnes centrs Kopenhāgenā, ko 1875. gadā dibināja Carlsberg alus darītavas īpašnieks Jākobs Kristians Jākobsens (Jacob Christian Jacobsen), lai attīstītu bioķīmiju, it īpaši alus darīšanas jomā. Darbojoties laboratorijā, S. P. L. Sērensens pētīja dažādu jonu ietekmi uz olbaltumvielām un secināja, ka būtiska nozīme ir ūdeņraža jonu koncentrācijai šķīdumā. Tā kā ūdeņraža jonu koncentrācijas ūdens šķīdumos ir ļoti zemas, viņš ērtākai to izteikšanai izveidoja logaritmisku mērogu (vēlāk – pH skala).

Precīza pH apzīmējuma izcelsme nav dokumentēta, taču pastāv vairākas teorijas, ka tas radīts, apvienojot zinātnisko pieeju un pirmos burtus no latīņu valodas apzīmējuma pondus hydrogenii, kas nozīmē ‘ūdeņraža svars’ vai ‘ūdeņraža spēks’, vai franču valodas potentiel hydrogène, kas tulkojumā ir ‘ūdeņraža potenciāls’. Zinātnē burts “p” bieži tiek lietots, lai apzīmētu “-log₁₀” (piemēram, skābes disociācijas konstantes negatīvais logaritms, pK_a), tāpēc pH kļuva par īsu un universālu saīsinājumu vides reakcijas raksturošanai, ko plaši izmanto ne tikai ķīmijā, bet arī bioloģijā, vides zinātnē un lauksaimniecībā.

Ūdens šķīdumos pH parasti ir robežās no 0 līdz 14. Neitrāla vides reakcija ir tad, ja pH ir 7. Ja pH ir mazāks par 7, tad vide ir skāba, savukārt, ja tas ir lielāks par 7, tad vides reakcija ir bāziska. Tīram ūdenim pH = 7,0 (H⁺ un OH^- jonu koncentrācijas ir vienādas). [H⁺] = [OH^-] = 10^-7 mol/l, pH = pOH = 7. Visiem ūdens šķīdumiem pH + pOH ir vienāds ar 14. Raksturojot šķīdumu reakciju, parasti norāda tikai H⁺ koncentrāciju, jo OH^- koncentrāciju viegli aprēķināt: pOH = 14 – pH.

Piemēri pH aprēķināšanai, ja zināma ūdeņraža jona molārā koncentrācija (mol/l):

• ja ūdeņraža jona koncentrācija [H⁺] ir 0,001 jeb 1x10^-3 mol/l, tad pH = -lg(1x10^-3) = 3;
• ja ūdeņraža jona koncentrācija [H⁺] ir 1x10^-7 mol/l, tad pH = -lg(1x10^-7) = 7. 

Vides reakcijas noteikšanai var tikt izmantotas dažādas pieejas. To izvēle ir atkarīga no nepieciešamās precizitātes un pieejamajiem materiāliem. Tie var būt gan vienkārši lietojami indikatori, gan pH-metri.

Pirmais pH indikators, ko 14. gs. atklāja un izmantoja ķīmiķis Arnaldus de Villa Nova (Arnaldus de Villa Nova), bija no ķērpjiem izdalīts dabisku krāsvielu maisījums – lakmuss. Lakmuss sārmainā vidē krāsojas zilā krāsā, savukārt skābā vidē kļūst sarkans. Ar šīm krāsvielām piesūcinātu papīru izmantoja kā indikatoru. Iemērcot to šķīdumā, varēja ātri noteikt vides reakciju. Lai gan indikatorpapīri tiek piesūcināti ar citām krāsvielām, sarunvalodā tos joprojām nereti dēvē par lakmusa papīru. Ja sākotnēji ar papīra indikatoriem varēja noteikt, vai pH ir lielāks vai mazāks par 7, tad tagad tiek izmantoti daudzpakāpju indikatori, ar kuriem ir iespējams noteikt vides reakciju ar vienas pH vienības precizitāti. Izmantojot organisko vielu (piemēram, bromtimolzilā, metilsarkanā, metildzeltenā, fenolftaleīna un timolzilā) spēju mainīt krāsu atkarībā no vides skābuma vai bāziskuma, ir iespējams no vielu maisījuma pagatavot universālo pH indikatoru, kas aptver plašāku pH skalas diapazonu. Katrai atsevišķai vielai pH diapazons, kurā notiek krāsu maiņa, ir atšķirīgs, piemēram, fenolftaleīns pH intervālā no 4 līdz 7 ir bezkrāsains, bet intervālā no 8 līdz 10 kļūst violets. Savukārt bromtimolzilais maina krāsu no dzeltenas skābā vidē līdz zilai bāziskā vidē, bet metilsarkanais – no sarkanas skābā vidē līdz dzeltenai bāziskā. Apvienojot vairākus indikatorus, iespējams precīzāk noteikt šķīduma skābuma vai sārmainības pakāpi.

pH noteikšanai var kalpot ne tikai speciāli laboratorijā izmantotie indikatori, bet arī dabā sastopamas vielas. Dažu augu pigmenti – antociāni, kas piešķir augiem zilo, sarkano un violeto krāsu, – var mainīt krāsu atkarībā no pH. Tipisks piemērs ir sarkanā kāposta sula.

Precīzākiem mērījumiem parasti izmanto pH-metrus, kas potenciometriski mēra elektrodpotenciālu starpību starp diviem elektrodiem, no kuriem viens visbiežāk ir stikla pH elektrods, kas reaģē uz ūdeņraža jonu aktivitāti, un otrs ir sudraba/sudraba hlorīda salīdzināšanas elektrods, kas nodrošina stabilu, nemainīgu potenciālu. Mūsdienās parasti šie elektrodi ir ievietoti vienā korpusā, veidojot kombinēto elektrodu, kas atvieglo tā lietošanu. 

Dabisko ūdeņu pH vērtības var ietekmēt dažādi faktori: iežu sastāvs, mijiedarbība ar atmosfēru, fotosintēze, elpošana un organisko vielu noārdīšanās. Ūdens vides pH būtiski ietekmē dabas sistēmu ķīmiskos, bioloģiskos un ekoloģiskos procesus, piemēram, vielu mobilitāti un apriti, barības vielu pieejamību, piesārņojošo vielu šķīdību un toksiskumu, organismu dzīvotspēju un vairošanās apstākļus. Lielākajai daļai ūdens ekosistēmās mītošo organismu optimālais pH intervāls ir 6,5–9, novirzes ārpus šīm robežām apdraud to vairošanos un izdzīvošanas spējas. Skāba vide (pH < 6) var palielināt metālu, piemēram, alumīnija, šķīdību, kas ir toksiski zivīm un bezmugurkaulniekiem. Sārmaina vide (pH > 8) var pastiprināt amonjaka toksiskumu un traucēt ūdens organismu vielmaiņu. Paaugstināts pH veicina fosfora savienojumu atbrīvošanos no ūdenstilpju sedimentiem, kas savukārt var izraisīt pastiprinātu eitrofikāciju. Antropogēnais piesārņojums, piemēram, skābie nokrišņi un palielināta CO₂ koncentrācija atmosfērā, var samazināt virszemes ūdenstilpju pH un padarīt tās skābākas. Taču dabiskajos ūdeņos izšķīdušie hidrogēnkarbonāti pasargā vidi no krasām pH izmaiņām. Pateicoties ogļskābes disociācijai, tiem piemīt nosacīta buferspēja, kas ir spēja saglabāt nemainīgu pH arī apstākļos, ja ūdenī nonāk skābi vai bāziski savienojumi. Arī ūdenī izšķīdušie fosfāti un lielmolekulārie organiskie savienojumi (humīnskābes un fulvoskābes) palielina ūdenstilpju buferspējas.

Augsnē pH ietekmē barības vielu pieejamību augiem – skābās augsnēs (pH < 5,5) pieejamība fosforam un kālijam samazinās, savukārt pieaug smago metālu šķīdība un augi vieglāk tos var uzņemt. Stipri bāziskās augsnēs (pH > 8) samazinās mikroelementu (dzelzs, mangāns, cinks u. c.) pieejamība augiem, kas nelabvēlīgi ietekmē to augšanu un attīstību.

Daudzas ķīmiskās un bioķīmiskās reakcijas var notikt tikai kādā noteiktā pH intervālā. Arī mikroorganismi darbojas tikai noteiktā pH diapazonā; pārāk skāba vai sārmaina vide var nomākt to aktivitāti. Skāba vide parasti inhibē mikroorganismu darbību. Skābju (piemēram, etiķskābes, citronskābes) ietekmi uz mikroorganismu vielmaiņas procesu kavēšanu izmanto pārtikas pārstrādē, gatavojot konservētus produktus, tādējādi pagarinot to uzglabāšanas laiku.

Dabā organisko atlieku sadalīšanās skābā vidē notiek ievērojami lēnāk, jo zemais pH kavē mikroorganismu un fermentu darbību. Purvos šī ietekme ir īpaši izteikta: dabiskās lielmolekulārās organiskās skābes (humīnskābes un fulvoskābes) būtiski pazemina ūdens un kūdras pH, palēninot sadalīšanās procesus. Skāba vide ar zemu skābekļa saturu spēj ilgstoši saglabāt organiskos audus, ko pierāda purvos atrastie vairāku tūkstošu gadu vecie mumificētie cilvēki (bog bodies), kas izcili saglabājušies.

pH vērtībai ir nozīmīga loma dažādu bioķīmisku reakciju norisē arī dzīvajos organismos. Piemēram, veselam organismam asins pH jābūt robežās no 7,35 līdz 7,45. Novirze no šī diapazona var izraisīt nopietnas slimības vai pat nāvi. Cilvēka organismā pH līdzsvars tiek stingri regulēts, ķermeņa šūnas darbojas kā bufersistēmas, taču plaušas un nieres ir galvenie orgāni, kas nodrošina asins pH vērtības nemainību. Plaušas spēj ļoti ātri ietekmēt pH, izvadot oglekļa dioksīdu ar izelpu, un pH izmaiņas var būt jūtamas jau pēc dažām sekundēm. Piemēram, fiziskas slodzes laikā, kad organismā rodas vairāk CO₂, elpošanas ātrums palielinās, lai novērstu asiņu pārmērīgu paskābināšanos. Savukārt nieres regulē pH lēnāk, taču nodrošina ilgtermiņa līdzsvaru – tās izvada liekās skābes ar urīnu, savukārt pH normalizēšana var prasīt vairākas stundas vai pat dienas.

pH ietekmē ķīmiskās reakcijas, mainot reaģentu un katalizatoru aktivitāti, kā arī molekulu jonizācijas stāvokli vidē. Skābā vai sārmainā vidē var mainīties enzīmu un citu katalizatoru struktūra un funkcionalitāte, tādējādi paātrinot vai palēninot reakcijas ātrumu. pH izmaiņas var ietekmēt reaģentu šķīdību un stabilitāti, kā rezultātā mainās reakcijas līdzsvars vai iegūtā produkta iznākums. Tādējādi pH ir faktors, kas nosaka ķīmisko reakciju ātrumu un iznākumu.