酸と塩基
レモン汁、胃酸、重曹、排水管洗浄剤は、同じ尺度の異なる位置にあります。pHを動かして4種類の指示薬の色の変化を観察し、強酸と弱酸を分子ごとに比べ、当量点まで滴定してみましょう。
このコースについて
25 °C の純水では、十億個の分子のうち、イオンに分かれているのは約二個だけです。その小さな量から、酸と塩基の話が始まります。そこから、レモン汁、胃酸、重曹、パイプ洗浄剤が、一つの目盛りのさまざまな位置に並びます。pH 2.4 の酢は、pH 7 の純水と比べて、1 リットルあたりのオキソニウムイオンが約 40,000 倍あります。
五つの単元は、酸と塩基とは何か、そして酸と金属、炭酸塩、塩基との典型的な反応から始まります。次が pH の目盛りで、そのあとに指示薬が続きます。フェノールフタレインは pH 8.3 より低い溶液では無色のままで、それより上で赤紫色になります。その次は強酸と弱酸です。0.100 M では、塩酸は完全に電離して pH 1.00 ですが、酢酸が出したプロトンは 1.3% だけで、pH は 2.87 です。最後の単元は中和と滴定で、25.00 mL の 0.100 M 塩酸に 0.100 M の水酸化ナトリウムを加えると、24.9 mL から 25.1 mL の間で pH が 3.70 から 10.30 へ跳ね上がります。実験では、身近な物質を pH の目盛りの上で動かし、色が変わる四本の指示薬の試験管を見ます。選んだ濃度で酸の分子を百個描き、電離したものは別々の A⁻ と H₃O⁺ として表します。滴定は OpenStax の表 14.2 と同じやり方で進めます。
はじめる前に
酸と塩基の反応は化学反応の一つの種類なので、化学反応がよい第一歩で、特に反応式の係数合わせと反応の種類の単元が大切です。pH の尺度は対数で、問題では pOH、pKa、モル濃度が求められるので、log キーのある電卓があると便利です。
終わったら
レモン汁、重曹、パイプ洗浄剤を pH の尺度に位置づけ、pH と pOH を換算し、ある範囲にはフェノールフタレインのような指示薬を選べるようになります。0.100 M の塩酸が同じ濃度の酢酸より pH が低い理由を説明し、滴定の結果から酸の濃度を求められます。
- 1酸と塩基とは何でしょうか25 °Cの純水では、イオンに分かれている分子は約10億個に2個だけです。酸と塩基の話は、このわずかな量から始まります。
- 2pHの尺度pH 2.4の酢は、pH 7の純水の約4万倍のオキソニウムイオンを1リットル中に含みます。
- 3酸塩基指示薬フェノールフタレインはpH 8.3未満では無色で、それを超えると桃色になります。
- 4強酸と弱酸0.100 Mの塩酸は完全に電離していてpHは1.00ですが、酢酸は陽子の1.3%しか放出しておらず、pHは2.87です。
- 5中和と滴定0.100 Mの塩酸25.00 mLに0.100 Mの水酸化ナトリウム水溶液を加えていくと、24.9 mLから25.1 mLの間でpHが3.70から10.30へ跳ね上がります。
このコースの出典 (10)
- OpenStax Chemistry 2e (openstax.org/books/chemistry-2e): 4.2 neutralization and antacids (stomach roughly 0.03 M HCl, milk of magnesia Mg(OH)2, Al(OH)3)
- 14.1 Brønsted-Lowry acids and bases (Boyle 1680, Davy 1815, Arrhenius 1884, Brønsted and Lowry 1923, autoionization about two in a billion molecules, Kw = 1.0 × 10⁻¹⁴ at 25 °C, about 5.6 × 10⁻¹³ at 100 °C)
- 14.2 pH and pOH (pH = −log[H3O+], stomach acid 1.2 × 10⁻³ M gives 2.92, vinegar about 4 × 10⁻³ M gives 2.4, blood 7.3, KOH 0.0125 M gives 12.10, neutral pH 6.31 at 80 °C, rainwater 5 to 6, acid rain below 5, pH meter resolution 0.001, Figure 14.2: 1 M HCl 0, gastric juice about 1.5, lime juice about 2, wine about 3.5, coffee about 5, milk of magnesia about 10.5)
- 14.3 relative strengths (six strong acids and six strong bases, Ka, percent ionization, 0.100 M acetic acid 1.3%)
- 14.6 buffers (normal blood pH about 7.4)
- 14.7 titrations (25.00 mL of 0.100 M HCl or acetic acid with 0.100 M NaOH, Table 14.2, equivalence pH 7.00 and 8.72, half-equivalence pH = pKa, Ka acetic acid 1.8 × 10⁻⁵, methyl orange Ka 4.0 × 10⁻⁴ red HIn and yellow In⁻, interval about pKa ± 1, phenolphthalein colourless below pH 8.3)
- LibreTexts Acid-Base Indicators (litmus about 5 to 8, methyl orange 3.1 to 4.4, phenolphthalein 8.3 to 10.0; chem.libretexts.org) and bromothymol blue 6.0 to 7.6 yellow to blue (Prairie South indicator table via LibreTexts Chemistry 30)
- PubChem acetic acid pKa 4.76 at 25 °C, sodium bicarbonate 0.1 M pH 8.3, ammonia 0.1 N pH 11.1, sodium hydroxide (pubchem.ncbi.nlm.nih.gov)
- NOAA Ocean acidification (noaa.gov: surface ocean pH has fallen by 0.1 since the industrial revolution, about a 30 percent increase in acidity)
- IUPAC CIAAW abridged standard atomic weights.
確認日: 2026-10-17