3.7: 酸の混合物

酸を含む溶液のpHは、その酸解離定数と初期濃度を使用して決定できます。溶液に2つの異なる酸が含まれている場合、そのpHは、酸の相対的な強さとそれらの解離定数に応じて、いくつかの方法のいずれかを使用して決定できます。

強酸と弱酸の混合物では、強酸は完全に解離し、溶液中に存在するほとんどすべてのヒドロニウムイオンの供給源になります。対照的に、弱酸は部分的な解離を示し、ヒドロニウムイオンの生成はごくわずかです。強酸によって生成される高濃度のヒドロニウムイオンは、弱酸の解離をさらに減少させます。ル・シャトリエの原理によれば、「平衡状態にある化学系が乱されると、システムは擾乱を最小化する方向にシフトする」。強酸によって生成された過剰なヒドロニウムイオンが平衡を乱し、したがって、平衡が確立されるまで反応は逆方向に動きます。これにより、弱酸の解離が減少します。この減少により、強酸と弱酸の混合物のpHは、強酸の濃度のみから計算できます。例えば、強酸である塩酸(HCl)と弱酸であるギ酸(HCHO2)が等濃度に混ざった混合物のpHは、HClの濃度のみから求めることができます。混合物中のHClの濃度が0.0020 Mの場合、そのpHは次のように計算できます。

pH = −log(0.002) = 2.7

ここでは、HCHO₂によって生成されるヒドロニウムイオンの濃度と水の自己イオン化はごくわずかであるため、無視できます。

解離定数の異なる2つの弱酸の混合物

2つの弱酸の混合物では、混合物の解離定数が弱い酸よりも大幅に高い場合、混合物のpHは強い酸によって決定されます。例えば、亜硝酸(HNO₂)と次亜塩素酸(HClO)が等濃度の混合物では、そのK_a(4.6 × ^10-4)がHClOのK_a(2.9 × ^10-8)よりも約10,000倍高いため、HNO 2が混合物のpHの主な決定要因となります。Le Chatelierの原理によれば、HClOはHNO₂の存在下で解離の減少を示します。

強酸と弱酸の混合物では、強酸は完全に解離し、H₃O⁺イオン濃度を大幅に上昇させますが、弱酸は部分的にしか解離しません。

ル・シャトリエの原理は、強い酸が弱い酸の解離を抑制し、平衡を反応物にシフトさせると説明しています。

0.15 M HCl と 0.30 M HCN の混合物を考えてみましょう。強酸は0.15MのH₃O ⁺濃度をもたらし、弱酸からのH₃O ⁺濃度は無視できます。

したがって、酸の混合物のpHは、主に強酸の濃度によって決まります。

同様に、同量の2つの弱酸の混合物が存在する場合、比較的強い酸が主要なpH決定要因です。

例えば、HFとHCNの混合物では、HFは3.5×10⁻⁴のKAを持ち、これは青酸のKAの約100万倍であるため、HFは混合物のpHの主要な決定要因となります。