⚗️ 化学ビジュアル学習
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酸と塩基

25分 Part 1 / Ch2 / Lesson 4
前提レッスン: 1-2-2

到達目標

  • アレニウスの定義で酸と塩基を説明できる
  • 強酸・弱酸、強塩基・弱塩基を区別できる
  • pHの意味と計算方法を理解する

酸と塩基の定義

アレニウスの定義:

  • 酸: 水に溶けて H+\mathrm{H^+}（水素イオン）を生じる物質
  • 塩基: 水に溶けて OH−\mathrm{OH^-}（水酸化物イオン）を生じる物質
酸の例電離式
塩酸HCl→H++Cl−\mathrm{HCl \rightarrow H^+ + Cl^-}
硫酸H2SO4→2H++SO42−\mathrm{H_2SO_4 \rightarrow 2H^+ + SO_4^{2-}}
酢酸CH3COOH⇌H++CH3COO−\mathrm{CH_3COOH \rightleftharpoons H^+ + CH_3COO^-}
塩基の例電離式
水酸化ナトリウムNaOH→Na++OH−\mathrm{NaOH \rightarrow Na^+ + OH^-}
水酸化カルシウムCa(OH)2→Ca2++2OH−\mathrm{Ca(OH)_2 \rightarrow Ca^{2+} + 2OH^-}
アンモニアNH3+H2O⇌NH4++OH−\mathrm{NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-}

強酸・弱酸と強塩基・弱塩基

分類電離度水中での状態例
強酸≈ 1 (完全電離)ほぼ全てが H+\mathrm{H^+} を放出HCl, H2SO4\mathrm{H_2SO_4}, HNO3\mathrm{HNO_3}
弱酸≪ 1一部のみ電離CH3COOH\mathrm{CH_3COOH}, H2CO3\mathrm{H_2CO_3}
強塩基≈ 1 (完全電離)ほぼ全てが OH−\mathrm{OH^-} を放出NaOH, KOH, Ca(OH)2\mathrm{Ca(OH)_2}
弱塩基≪ 1一部のみ電離NH3\mathrm{NH_3}

電離度による分類

電離度 α=電離した分子数溶かした分子数\alpha = \dfrac{\text{電離した分子数}}{\text{溶かした分子数}}

強酸・強塩基: α≈1\alpha \approx 1（完全電離） 弱酸・弱塩基: α≪1\alpha \ll 1（部分電離）

水素イオン濃度とpH

pH=−log⁡10[H+]\mathrm{pH} = -\log_{10}[\mathrm{H^+}]

  • pH < 7: 酸性
  • pH = 7: 中性
  • pH > 7: 塩基性（アルカリ性）
01234567891011121314酸性中性塩基性
pHスケール

計算例:

  • [H+]=0.001=10−3 mol/L[\mathrm{H^+}] = 0.001 = 10^{-3}\ \mathrm{mol/L} → pH=3\mathrm{pH} = 3
  • [H+]=10−5 mol/L[\mathrm{H^+}] = 10^{-5}\ \mathrm{mol/L} → pH=5\mathrm{pH} = 5
よくある誤解

「pHが小さいほど安全」→ pH が 0 に近いほど強い酸性、14 に近いほど強い塩基性で、どちらも危険。pH 7 付近が中性。

確認クイズ

Q1 0.01 mol/L の塩酸(HCl, 強酸)の pH は?

Q2 次のうち弱酸はどれ?

Q3 pH 11 の水溶液は?

Q4 水素イオン濃度が 10⁻⁴ mol/L のとき、pH は?

演習

問1. 0.050 mol/L0.050\ \mathrm{mol/L} の水酸化ナトリウム水溶液のpHを求めよ。ただし、log⁡102=0.30\log_{10} 2 = 0.30 とする。

解答・解説

NaOH は強塩基で完全電離: [OH−]=0.050 mol/L[\mathrm{OH^-}] = 0.050\ \mathrm{mol/L}

水のイオン積: [H+][OH−]=10−14[\mathrm{H^+}][\mathrm{OH^-}] = 10^{-14}

[H+]=10−140.050=10−145.0×10−2=2.0×10−13[\mathrm{H^+}] = \frac{10^{-14}}{0.050} = \frac{10^{-14}}{5.0 \times 10^{-2}} = 2.0 \times 10^{-13}

pH=−log⁡10(2.0×10−13)=13−log⁡102=13−0.30=12.7\mathrm{pH} = -\log_{10}(2.0 \times 10^{-13}) = 13 - \log_{10} 2 = 13 - 0.30 = 12.7