酸および塩基濃度

アレニウス酸は水に溶けると水素イオンを生成する物質で、塩基は水酸化物イオンを生成する物質です。水素イオンはすぐに水と反応してヒドロニウムイオンを形成しますが、簡単にするために、水素イオンと考え続けます。溶液中の水素イオンまたは水酸化物イオンの量に応じて、酸性または塩基性と見なされます。

酸性度や塩基性度は、水素イオンの濃度の負の対数として算出されるpHを用いて測定します。したがって、7未満のpH値は酸性であり、7を超えるpH値は塩基性です。pH 7は中性です。

酸と塩基は、pHとは異なる強度に基づいても比較されます。酸の強さは、水素イオンが共役塩基と呼ばれる陰イオンからどれだけ簡単に解離するかに関係しています。水酸化物イオンとその共役酸に関する塩基についても同じ考え方が成り立ちます。その強度には、酸解離定数(KA)を使用して値を割り当てることができます。

KAは、非解離酸と解離水素イオンおよび共役塩基の濃度を使用して定義されます。この関係は、単に K_a の負の対数である pK_a として表されることがよくあります。pK_aが小さいほど、酸は強くなります。

塩酸のような一部の酸はモノプロトン性であり、水素イオンを1つだけ解離できます。ポリプロトン酸は、リン酸と同様に、いくつかの水素イオンを解離させることができます。各解離には独自のpK_aがあります。

では、どうすればpK_aを決定できるのでしょうか?1つの方法は、酸塩基滴定を行うことです。滴定は、濃度不明の溶液に濃度が不明な溶液をゆっくりと加え、その間の反応を観察しながら行います。この場合、酸は中和反応で塩基と反応して塩と水を形成します。

したがって、酸中の水素イオンの濃度を測定したい場合は、酸が中和されるまで、既知の水酸化物イオン濃度を持つ強塩基で単純に滴定できます。滴定を正確に行うには、塩基を標準化する必要があります—つまり、正確な水酸化物イオン濃度がわかっていることを意味します。これは必ずしも簡単ではありません。

例えば、実験で使用するNaOHは吸湿性が高く、大気中の水分を吸収します。これは、NaOHに固体と溶液の両方で発生します。そのため、NaOH溶液の真の濃度は、予想よりも低い可能性があります。

NaOHの正確な濃度を決定するには、まず酸塩基滴定を行う必要があります。これを行うには、塩基を使用して既知の濃度で酸を滴定する必要があります。フタル酸水素カリウム(KHPは非吸湿性)であるため、その質量からその濃度を正確に計算できます。

滴定が完了した時期、つまり酸が中和された時期は、フェノールフタレインなどのpHインジケーターを使用して確認できます。フェノールフタレインは、約pH0からpH8の間で中性で無色です。

pHが上昇すると、2つの水素イオンが解離します。この陰イオンの形はピンクです。したがって、滴定を開始