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酸・塩基の定義、pHの定義 |
●水のイオンに解離
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水 は H2Oという安定した分子として存在しているが、ごく一部分 H+とOH-というイオンのかたちで存在している（図1）。
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- 図1 水モデル1 図2 水モデル2
- 水がイオンに解離している反応を式で表すと、
- K
-
H2O
H+ + OH-
- 25℃では[H+]=[OH- ]=1x10-7 mol/l と解離している割合はごくわずかである。
- すなわち、H2Oの濃度はほぼ一定とみなせるので、水の解離定数Kを
とすると、 - K・[H2O]も一定の温度では一定値を示す。
- Kw= K・[H2O]と書き、水のイオン積という。 Kw=1x10-14 mol/lとなる。
- この水モデル1には一つ問題がある。H+は陽子そのもので、陽電荷が小さな核に集中したものであるので、水の中に安定に存在しているとは考え難いのだ。
- 実際には、H+はH2Oと結合し H3O+として存在していると考えられる。
- すなわち、水モデル2（図2）の方が実際の姿を表していると考えられる。
そこで、水のイオン解離反応式は、次のように書き改められる。
-
H2O + H2O
H3O+ + OH-
●pHの定義：
- 水の中のH+（水素イオン濃度）を次のように定義する。
pH＝-log[H+]＝-log[H3O+]
- 従って、水のpHは、
- -log[1x10-7]=7
- 例えば、0.1 および0.01mol/lのHClのpHは、それぞれ
- -log[0.1]=1, -log[0.01]=2
- となる。
- すなわち、pHが1大きいということは水素イオン濃度が1/10であるという意味である。
- pH ＞ 7 の水溶液を酸性、pH ＜ 7 の水溶液を塩基性という。
●酸： HA
+ H2O
A-
+
H3O+
- 酸：水にH+を与える物質
［別の解釈］
- Kw
-
H2O + H2O
H3O+ + OH-
水は両性物質
- 塩基 酸 Kw=[H3O+］［OH- ］=1x10-14 mol/l
ここに酸HAを加えと、
- HA
+ OH-
+
H3O+
H2O + A- +
H3O+
酸HAはOH- にH+を与える；その反応した分だけH3O+が残り、濃度を増す。pHが小さくなる。
●塩基： B
+ H2O
BH
+ +
OH-
- 塩基：水からH+を受け取る物質
［別の解釈］
-
H2O + H2O
H3O+ + OH-
水は両性物質
塩基 酸 Kw=[H3O+］［OH- ］=1x10-14 mol/l
ここに塩基Bを加えると、
- B
+ OH-
+
H3O+
O H-
+ BH
+ +
H2O
塩基Bは H3O+からH+を受け取る；その反応した分だけOH- が残り、濃度を増す。pHが大きくなる。
＊［別の解釈］では、酸、塩基の本質が水そのものにあるという根本理解に立つ。
水のイオン積 Kw=[H3O+］［OH- ］=1x10-14 mol/lは、質量作用の法則から温度が一定でイオン濃度（厳密にはイオン強度）が大きくない時は水の中に酸や塩基が溶けていても一定である。そこで酸、塩基の一方の濃度が分かれば他方の濃度がすぐに求められる。
中和反応
HA + B --------＞ A- + BH+
例
HCl + NaOH --------＞ Na+ + Cl- + H-OH
NaOHは水の中でNa+ とOH- に解離している。ＢをOH- と考える。
中和によって生成する水のほかにできる物質を塩(salt)という。
- 【小用語辞典】
●「アルカリ性とは？」：指につけるとヌルヌルし、灰汁（あく）様の不快感があり、リトマスを青くし、酸と反応して塩となる性質。代表物質：NaOH, KOH。
●「塩基性とは？」：元々は水に溶けにくく（ヌルヌル感触を示さない）、酸と反応して塩をつくる性質に由来する。Fe(OH)2はアルカリ性を示さない。現代化学（ブレンステッドの酸塩基理論）では、塩基性の方が一般的に用いられる。
次のような可逆反応があるとする。
aA + bB + ……
mM
+ nN + ……この反応が平衡状態に達した時、温度が一定であればKは一定の値をしめす。これをを質量作用の法則という。
- Ｋを平衡定数という。
K = ［ M］m・［ N］n…… /［A］a ・［B］b……
- 【小用語辞典】
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