La quantité d’ions hydronium (H3O+) et d’ions hydroxyde (OH-) dans une solution est inversement proportionnelle. Cette relation est déterminée par le pH de la solution. Le pH est une mesure de l'acidité ou de la basicité d'une solution et est défini comme le logarithme négatif de la concentration en ions hydrogène ([H+]).

Dans l'eau pure à 25 °C, la concentration en ions hydronium est égale à la concentration en ions hydroxyde, et les deux sont très faibles (environ 1 x 10^-7 moles par litre). Cela signifie que l’eau pure est neutre, avec un pH de 7.

Lorsque la concentration en ions hydronium augmente, le pH de la solution diminue, indiquant une solution acide. À l’inverse, lorsque la concentration en ions hydroxyde augmente, le pH augmente et la solution devient basique ou alcaline.

La relation entre les ions hydronium et les ions hydroxyde peut être exprimée mathématiquement à l’aide de l’équation suivante :

[H3O+] × [OH-] =kW

où Kw est la constante du produit ionique pour l'eau, qui est une valeur constante à une température donnée (environ 1 x 10^-14 à 25 °C).

Cette équation montre que si la concentration en ions hydronium augmente, la concentration en ions hydroxyde doit diminuer pour maintenir la valeur constante de Kw. De même, si la concentration en ions hydroxyde augmente, la concentration en ions hydronium doit diminuer.

Par conséquent, dans une solution acide, la concentration en ions hydronium est plus élevée, tandis que la concentration en ions hydroxyde est plus faible. Dans une solution basique, la concentration en ions hydroxyde est plus élevée, tandis que la concentration en ions hydronium est plus faible. Dans une solution neutre, les concentrations d’ions hydronium et hydroxyde sont très faibles et égales.