水溶液中の化学平衡
電離平衡
電離平衡
電離による平衡
CH3COOH+H2O−⇀↽−CH3COO−+H3O+
\( \ce{NH3 + H2O <=> NH4+ + OH-} \)
電離定数
酸の電離定数
酢酸を例として
\( K_a = K[\ce{H2O}] = \dfrac{[\ce{CH3COO-}][\ce{H+}]}{[\ce{CH3COOH}]} \)
アルカリの電離定数
アンモニアを例として
\( K_b = K[\ce{H2O}] = \dfrac{[\ce{NH4+}][\ce{OH-}]}{[\ce{NH3}]} \)
電離平衡における平衡定数のこと
電離度と電離定数
\( \alpha = \sqrt{\dfrac{K}{c}} \)
テーブルを作って近似
\( [\ce{H+}] = c \alpha = \sqrt{cK_a} \)
\( [\ce{OH-}] = c \alpha = \sqrt{cK_b} \)
水の電離平衡とpH
水の電離平衡
\( \ce{H2O <=> H+ OH-} \)
\( [\ce{H+}] = [\ce{OH-}] = 1.0 \times 10^{-7} \: \ce{mol/L} \: (25{}^\circ C) \)
水のイオン積
\( K = \dfrac{[\ce{H+}][\ce{OH-}]}{[\ce{H2O}]} \)
\( K_W = [\ce{H+}][\ce{OH-}] = 10^{-14} \: \ce{(mol/L)^2} \: (25{}^\circ C) \)
水の電離は吸熱反応なので，高温ほどイオン積も大きくなる
水素イオン濃度pH
\( \ce{pH} = - \log[\ce{H+}] \)
\( [\ce{H+}] = \dfrac{\alpha n}{V} \: \ce{mol/L} \)
塩の水への溶解
塩の加水分解
hydrolysis
塩の加水分解
強塩基+弱酸，強酸＋弱塩基のときに起きる
弱酸(弱塩基)から生じたイオンの一部が水と反応
元の分子に戻って弱塩基性(弱酸性)を示す現象
酢酸ナトリウム(弱酸＋強塩基)を例として
\( \ce{CH3COONa -> CH3COO- + Na+} \)
\(電離した\ce{CH3COO-}の一部が水と反応 \)
\( \ce{ CH3COO- + H2O <=> CH3COOH + OH-} \)
\( 塩化アンモニウム(強酸＋弱塩基)を例として \)
\( \ce{NH4Cl -> NH4+ + CL-} \)
\(電離した\ce{NH4+}の一部が水と反応 \)
\( \ce{NH4+ + H2O <=> NH3 + H3O+} \)
加水分解定数
\( K_h = K [\ce{H2O}] = \dfrac{[\ce{CH3COOH}][\ce{OH-}]}{[\ce{CH3COO-}]} \)
\(K_W = K_a \times K_h \)
緩衝液とpH
緩衝作用
水溶液のpHをほぼ一定に保つ作用
弱酸＋その塩，弱アルカリ＋その塩の混合溶液
緩衝液
外から加えた酸・塩基の影響を打ち消してpHをほぼ一定に保つ溶液
\( K_h が大きいほど，そのイオンは加水分解を受けやすい \)
水で薄めても水溶液のpHはほぼ一定
弱酸（弱塩基）遊離反応
中和して水が生成
生体内の緩衝液
血液
\( \ce{H2CO3, HCO3-}による緩衝液で，\ce{pH}=7.4程度 \)
細胞内
\( \ce{リン酸水素イオン HPO4^{2-}とリン酸二水素イオン H2PO4-} による緩衝液で，\\ \ce{pH} = 6.9程度 \)
溶解平衡
難溶性塩の溶解平衡
難溶性塩
\( \ce{AgCl,BaSO4}など \)
\( \ce{ AgCl(固) <=> Ag+ aq + Cl- aq} \)
溶解度積
solubility product
\( K_{sp} = K [\ce{AgCl}(固)] = [\ce{Ag+}][\ce{Cl-}] \)
温度変化がなければ常に一定
溶解平衡と沈殿生成
\( [\ce{Ag+}][\ce{Cl-}] > K_{sp} \)
沈殿を生じる
\( [\ce{Ag+}][\ce{Cl-}] \leq K_{sp} \)
沈殿が生じない
溶解平衡と共通イオン効果
ある電解質水溶液に別の電解質を加える
共通のイオンがあれば，共通イオンが減少する向きに平衡が移動
溶解平衡とイオンの検出
\( K_{sp}の小さい塩は沈殿しやすい \)
溶液中に溶解するイオン濃度が小さいため
溶解平衡と金属イオンの分離
硫化水素の二段階電離を利用
\( \ce{H2S <=> H+ + HS- } \\ \ce{HS- <=> H+ + S^{2-}} \)
\( [\ce{S^{2-}}]は，[\ce{H+}]によって変化する \)
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