水素イオン濃度の計算とpHの求め方
イオン積と中性
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。
酸性・塩基性の正体
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、
・酸性とは水素イオン濃度が1.0×10⁻⁷mol/Lより大きいの状態
・中性とは水素イオン濃度が1.0×10⁻⁷mol/Lのときの状態
・塩基性とは水素イオン濃度が1.0×10⁻⁷mol/Lより小さい状態
pHの求め方その1
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!
pHの求め方その2
もう1つ、pHの求め方があります。それが下記のものです。
水素イオン濃度[H⁺]=酸の価数×酸のモル濃度×酸の電離度
水酸化物イオン濃度[OH⁻]=塩基の価数×塩基のモル濃度×塩基の電離度
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。