Zure oplossingen kennen verschillende toepassingen. De zure smaak en eigenschappen van zure oplossingen in water worden op microniveau veroorzaakt door de aanwezigheid van H3O+-ionen, ook wel oxoniumionen genoemd. Hoe meer H3O+-ionen een oplossing bevat, hoe zuurder de oplossing is. Deze H3O+-ionen ontstaan door de reactie van een zuur met water. Een zuur is een deeltje dat een H+-ion (proton) kan afstaan. Als een zuur wordt opgelost in water, zal het zure deeltje een H+-ion aan een watermolecuul afstaan en ontstaat er een oxoniumion. Wanneer ene zuur met water heeft gereageerd en een H+-ion heet afgegeven, blijft er een zuurrestion over.

Een base is een deeltje dat een H+-ion kan opnemen. Als een base wordt opgelost in water, zal het basische deeltje een H+-ion van een watermolecuul opnemen, waardoor er een hydroxide-ion, OH, ontstaat. Vaak zijn basen negatieve ionen.

Watermoleculen kunnen zowel een H+-ion opnemen als afstaan. H2O moleculen zijn zowel een zuur als een base. Dat betekent dat twee watermoleculen met elkaar kunnen reageren. Er staan alleen gasvormige of opgeloste stoffen in een evenwichtsvoorwaarde. De evenwichtsconstante van het waterevenwicht wordt de waterconstante Kw genoemd.

De pH-waarde is een maat voor de concentratie H3O+-ionen in een oplossing. Er wordt een logaritmische schaal gebruikt, daarom stijgt de H3O+ met een factor 10 bij elke eenheid die de pH daalt. De pH-schaal heeft daardoor een bereik van ongeveer -1 tot 15. Bij het rekenen met logaritmen gelden afwijkende significantieregels. Analoog aan de pH-waarde bestaat ook de pOH-waarde, die kan worden gebruikt om de sterkte van een basische oplossing uit te drukken.

Uit het waterevenwicht volgt dat de concentratie H3O+ en concentratie OH- van elkaar afhankelijk zijn, omdat het product van deze concentraties gelijk is aan de waterconstante Kw. Dat betekent dat als je de concentratie H3O+ weet, je met behulp van het waterevenwicht de concentratie OH- kunt berekenen, en andersom.

De pH van een oplossing is vaak van groot belang, zeker in biologische organismen. Er zijn meerdere manieren om een idee te krijgen van de pH van een oplossing. Zo bestaat er een groot aantal stoffen die bij verschillende pH-waarden een andere kleur hebben. Deze stoffen worden indicatoren genoemd. De zuur-base-indicatoren zijn zelf ook zuren of basen en reageren op een pH-verandering door H+-ionen op te nemen of af te staan. Als er te veel indicator wordt toegevoegd, zal de pH worden beïnvloed. Een universeelindicatorpapier bevat een mengsel van verschillende zuur-base-indicatoren. Als je de pH van een oplossing in decimalen nauwkeurig wilt bepalen, gebruik je een pH-meter.

Niet alle zuren staan even gemakkelijk een H+-ion af. Daarom wordt er onderscheid gemaakt tussen sterke en zwakke zuren. Een sterk zuur is een zuur waarbij alle zuurdeeltjes een H+-ion aan de watermoleculen hebben afgestaan. De reactie van een sterk zuur met water is dus een aflopende reactie waarbij het zuur volledig met water reageert. Hierbij ontstaan zuurrestionen en oxoniumionen.

Een sterke base is een base waarbij alle basedeeltjes een H+-ion van de watermoleculen hebben opgenomen. De reactie van een sterke base met water is dus een aflopende reactie waarbij de base volledig met water reageert en OH- ionen vormt.

Een zwak zuur is een zuur waarbij niet alle zuurdeeltjes een H+-ion aan de watermoleculen hebben afgestaan. De reactie van een zwak zuur m et water is dus een evenwichtsreactie waarbij het zuur niet volledig met water reageert. Geconjugeerde base is de base die tegenover het zuur staat.

Een zwakke base is ene base waarbij niet alle basedeeltjes een H+-ion van de watermoleculen hebben opgenomen. De reactie met een zwakke base met water is dus een evenwichtsreactie waarbij de base niet volledig met water reageert. Het geconjugeerde zuur is het zuur dat tegenover de base staat. Het evenwicht van een zwakke base ligt over het algemeen links.

De evenwichtsconstante wordt zuurconstante Kz genoemd. Hoe hoger de waarde van Kz, hoe sterker het zwakke zuur en hoe meer het evenwicht naar de kant van H3O+ ligt. In de BiNaS staan de zuren gerangschikt op volgorde van sterkte.

De evenwichtsconstante van een zwakke base heet de baseconstante Kb. Hoe hoger de Kb waarde, hoe mee rhet evenwicht rechts ligt en hoe sterker de base is. In de BiNaS staan ze gerangschikt op basesterkte.

In oplossingen van zwakke zuren en basen in water vormt zich een evenwicht tussen de beginstoffen en de reactieproducten. Met de evenwichtsvoorwaarde en de waarde van Kz of Kb kun je ook van deze oplossingen de pH berekenen. Je vult het BOE schema in. Omdat de beginconcentratie Cz berekend is en de waarde van Kz in de binas kan worden opgezocht, bevat de vergelijking een onbekende en kan x worden berekent. Dat levert een vierkantsvergelijking op. Een oplossing voor x is negatief. Deze moet worden genegeerd. Als de beginconcentratie van Cz groot is ten opzichte van de Kz kan in de vergelijking de waarde van x worden verwaarloos ten opzichte van de beginconcentratie Cz. Wanneer de beginconcentratie van het zuur er laag en of de Kz erg groot is, levert de verwaarlozing van x ten opzichte van de beginconcentratie een te grote fout op en dat is niet langer toegestaan. Als aan deze voorwaarde niet wordt voldaan, moet de vergelijking worden omgeschreven naar een vierkantsvergelijking.

Een bufferoplossing is een oplossing die de eigenschap heeft dat de pH nauwelijks verandert als er een kleine hoeveelheid zuur of base wordt toegevoegd. In een bufferoplossing, kort weg buffer genoemd, is een ongeveer even hoge concentratie van zowel een zwak zuur als van zijn geconjugeerde base aanwezig. Buffers bevinden zich in natuurlijke systemen. Voor al het leven is het belangrijk dat de pH-waarde in een bepaalde omgeving constant blijft, zodat enzymen kunnen blijven functioneren. In een buffer zijn de concentraties base en zuur ongeveer gelijk.