La compréhension des réactions acido-basiques repose essentiellement sur la connaissance et l'application de quelques formules mathématiques clés. Le calcul du pH est fondamental dans l'étude de ces réactions. Le pH d'une solution est donné par la formule :

pH = -log[H₃O⁺]

où [H₃O⁺] représente la concentration en ions hydronium. Pour les bases, le pOH est souvent utilisé et est calculé de la façon suivante :

pOH = -log[OH^-]

Il est important de noter la relation entre pH et pOH, exprimée par l'équation :

pH + pOH = 14

Cette relation est toujours valide à 25°C (la température ambiante standard) et dérive de l'auto-ionisation de l'eau qui donne [H₃O⁺] x [OH^-] = 1 x 10^-14 M².

Pour les acides et les bases, la force d'une espèce est quantifiée par sa constante d'acidité ($K_a$) ou de basicité ($K_b$). Celles-ci sont définies par les équations de dissociation de l'acide ou de la base et les concentrations des produits et réactifs à l'équilibre. Le laid logarithmique de ces constantes conduit à la définition du pK :

pK_a = -log(K_a) et pK_b = -log(K_b)

Ces valeurs de pKa et pKb permettent de comparer directement la force d'acides ou de bases différents. Un faible pKa correspond à un acide fort, tandis qu'un pKb bas indique une base forte. Enfin, pour calculer le pH d'une solution résultant de la dissolution d'un acide ou d'une base faible, on peut utiliser les approximations liées aux expressions des équilibres :

[H₃O⁺] = √(K_a[HA]) pour un acide faible et [OH^-] = √(K_b[B]) pour une base faible.