高校化学　水素イオン濃度とｐH～水素イオン濃度の計算とpHの求め方～

水は次のようにイオンを発生しています。

Ｈ₂Ｏ↔︎Ｈ₃Ｏ⁺＋ＯＨ⁻

※↔︎ は右と左の状態を行ったり来たりしているという意味で、この反応を可逆反応と言います。

水の中では水素イオン濃度と水酸化物イオン濃度の積は一定の値をとることがわかっています。これを水の イオン積といいます。

特に25℃の環境下では水素イオンの濃度と水酸化物イオンの濃度はそれぞれ

１．０×１０⁻⁷mol/L

であり

水素イオン濃度×水酸化物イオン濃度＝１．０×１０⁻¹⁴mol/L

となります。この状態が 中性と呼ばれる状態です。


酸を水に溶かすと水素イオンの濃度が増加し、水溶液は酸性になります。
塩基を水に溶かすと水酸化物イオンの濃度が増加し、水溶液は塩基性になります。
ここでも水素イオン濃度と水酸化物イオン濃度の積は一定です。
つまり水素イオン濃度と水酸化物イオン濃度は反比例であることが言えますね。

これまで酸性は水素イオンで、塩基性は水酸化物イオンでみてきましたが、水素イオンの濃度だけで酸性なのか塩基性なのかを見分けることができるようになります。

以上をまとめると、



ちなみに中学校のときに濃度を表す単位で、「pH」(ペーハー)を習ったと思いますが、ここで「pH」が登場してきます。

1.0×10⁻⁷molといわれても、単位が小さすぎていまいちピンとこないということで

ｐＨ＝－ｌｏｇ₁₀Ｈ⁺

という単位を作りました。
これを用いると1.0×10⁻⁷molのとき、 pH=7 となります。つまり酸性とは pH<7 、中性が pH=7 、塩基性が pH>7 となります。中学校のときに習った数値と一致しますね！


もう１つ、pHの求め方があります。それが下記のものです。



この式を使えば水素イオン濃度や水酸化物イオン濃度がわかります。
水素イオン濃度は必ず１．０×１０⁻ⁿという数値になり、 このnの値がpHになります。

問題で与えられた数値によってこの２つの方法を使い分けるのが大切です。