3.21: 酸、塩基、および中和反応

酸と塩基は、生物学においていくつかの重要な役割を果たしています。生物学的系統のpHは、酵素、タンパク質、および核酸を含む生物分子の機能に大きな影響を及ぼすことができます。例えば、酵素はその活性のための最適pH範囲を持ち、pHの変化により変性または構造が変化し、その機能に影響を与えることがあります。また、酸と塩基は細胞のシグナリングやコミュニケーションにおいても重要な役割を果たしています。細胞周囲の細胞外液のpHは、細胞コミュニケーションとシグナリングに必須のイオンチャネルの活性に影響を与えることがあります。

酸

酸とは溶液中で水素イオン（H⁺）を放出する物質です。水素の原子は1つの陽子と1つの電子しか持っていないため、陽性に帯電した水素イオンは単に陽子です。この孤立した陽子は化学反応に非常に参加しやすいです。強酸は、溶液中で全てのH⁺を放出する化合物であり、つまり完全にイオン化します。胃壁の細胞で放出される塩酸（HCl）は、胃の水分環境では全てのH⁺を放出するため、強酸です。この強酸は消化や摂取した微生物の殺菌に役立ちます。弱酸は完全にイオン化せず、溶液中の化合物内に水素イオンが結合したままです。弱酸の例としては、酢酸や酢酸です。

塩基

塩基とは、溶液中で水酸化イオン（OH^-）を放出する物質、または既に溶液中に存在するH⁺を受け入れる物質です。水酸化イオン（または水酸化物イオンとも呼ばれる）や他の塩基性物質は、存在するH⁺と結合して水分子を形成し、溶液の酸度を減らします。胃からの塩酸と混ざった食物が小腸に焼けることを防ぐためには、水酸化物イオン（OH^-）を吸引する弱塩基である炭酸水素塩（HCO₃^-）の放出が必要です。炭酸水素塩はいくつかのH⁺プロトンを受け入れるため、溶液の酸性度を減少させます。

中和反応

中和反応とは、反応物が酸と塩基（ただし水ではない）であり、生成物がしばしば塩と水である特定のタイプの酸塩反応です。

典型的な酸過多（HCl）に関連する症状を緩和するために摂取されるミルク・オブ・マグネシア（固体Mg(OH)₂の水溶液）のような典型的な抗酸化物が摂取された際に起こることを考えてみましょう。水に加えて、この反応では塩である塩化マグネシウムが生成されます。このような反応は、細胞内および湖や海などで起こる化学変換から、肥料や医薬品、社会に必要な他の物質の産業規模での生産に至るまで、多数の自然および技術的なプロセスにおいて中心的な重要性を持っています。

この文章は、Opentsax, Anatomy, and Physiology 2e, Section 2.4 Inorganic Compounds Essential to Human Functioning and Opentsax, Chemistry Atoms First 2e, 7.2 Classifying Chemical Reactions

酸は、水溶液中で水素イオンとそれに対応する陰イオンに解離する化合物です。H⁺は単独のプロトンであるため、プロトンドナーとも呼ばれます。

酸が溶解すると、溶液中の水素イオンの濃度が上昇し、pHが低下します。

例えば、胃の中では、塩酸はプロトンイオンと塩化物イオンに解離し、消化に不可欠な酸性のpHを維持します。

塩基は、溶液中の水酸化物イオンの濃度を増加させる物質です。塩基が溶解すると、溶液中の水素イオンの濃度が低下し、pHが上昇します。

水酸化ナトリウムのような一般的な塩基は、水溶液中で水酸化物イオンと対応する陽イオンに解離します。

アンモニアなどの非水酸化物塩基は、水からプロトンを受け入れ、アンモニウムイオンと水酸化物イオンを生成します。

酸と塩基が混ざると中和反応が起こり、塩と水が生成されます。例えば、水酸化マグネシウムなどの塩基である制酸剤は、胃酸と反応して塩化マグネシウムと水を生成し、酸の逆流を緩和します。