緩衝液かんしょうえきの基本きほん

date2026-07-14document_iddoc_36f153998b4202b6183d29cea77242fbdescription緩衝液を、弱酸と共役塩基が酸・塩基の追加を吸収する平衡系として説明し、Henderson-Hasselbalch 式を導く。prerequisites酸と塩基の基本 / 酸と塩基平衡の基本 / 指数関数と対数関数type講義statusactive

chemistrytheoreticalhighschoollecture

1導入どうにゅう

この講義こうぎでは、緩衝液かんしょうえきbuffer solutionを酸さんや塩基えんきを加くわえても pH が変かわらない魔法まほうではなく、弱酸じゃくさんと共役塩基きょうやくえんきが追加分ついかぶんを吸収きゅうしゅうする平衡へいこうequilibriumとして解説かいせつする。

2用語ようごと定義ていぎ

緩衝液かんしょうえきbuffer solutionとは、少量しょうりょうの酸さんacidや塩基えんきbaseを加くわえても pH が大おおきく変化へんかしにくい溶液ようえきである。

緩衝作用かんしょうさようbuffer actionとは、弱酸じゃくさんとその共役塩基きょうやくえんき、または弱塩基じゃくえんきとその共役酸きょうやくさんが、加くわえられた酸さん・塩基えんきを消費しょうひして pH 変化へんかを抑おさえる作用さようである。

3方針ほうしん

緩衝液かんしょうえきでは、弱酸じゃくさん $H A$ と共役塩基きょうやくえんき $A^{-}$ を同時どうじに置おく。酸さんが加くわわれば $A^{-}$ が受うけ取とり、塩基えんきが加くわわれば $H A$ がプロトンを与あたえる。

4直感的ちょっかんてきな説明せつめい

弱酸じゃくさんだけなら、塩基えんきを加くわえたときに中和ちゅうわされて組成そせいが大おおきく変かわる。共役塩基きょうやくえんきも十分じゅうぶんに存在そんざいすれば、外そとから加くわえた酸さんを受うけ止とめる相手あいてがある。つまり緩衝液かんしょうえきは、酸側さんがわと塩基側えんきがわの両方りょうほうを用意よういした平衡系へいこうけいである。

5厳密げんみつな説明せつめい

5.1関係式かんけいしき：Henderson-Hasselbalch 式しき

仮定かていとして、弱酸じゃくさん $H A$ と共役塩基きょうやくえんき $A^{-}$ を含ふくむ希薄溶液きはくようえきを考かんがえ、活量かつりょうを濃度のうどで近似きんじする。結論けつろんは、

p H = p K_{a} + \log_{10} \frac{[A^{-}]}{[H A]}

である。

証明しょうめいする。弱酸じゃくさんの電離平衡でんりへいこうは

H A ⇌ H^{+} + A^{-}

であり、

K_{a} = \frac{[H^{+}] [A^{-}]}{[H A]}

である。 $[A^{-}] \neq 0$ として両辺りょうへんを変形へんけいすると、

[H^{+}] = K_{a} \frac{[H A]}{[A^{-}]}

である。ここで両辺りょうへんに $- \log_{10}$ を取とる。

- \log_{10} [H^{+}] = - \log_{10} K_{a} - \log_{10} \frac{[H A]}{[A^{-}]}

$p H = - \log_{10} [H^{+}]$ 、 $p K_{a} = - \log_{10} K_{a}$ なので、

p H = p K_{a} + \log_{10} \frac{[A^{-}]}{[H A]}

を得える。□

6見分みわけ方かた

溶液ようえきの組成そせい	緩衝液かんしょうえきか
弱酸じゃくさんのみ	緩衝液かんしょうえきではない
弱酸じゃくさんとその塩えん	緩衝液かんしょうえきになりやすい
弱塩基じゃくえんきとその塩えん	緩衝液かんしょうえきになりやすい
強酸きょうさんと強塩基きょうえんきの過不足かぶそくなし	緩衝作用かんしょうさようは弱よわい

7どこまで成立せいりつするか

Henderson-Hasselbalch 式しきは、活量かつりょうを濃度のうどで近似きんじでき、弱酸じゃくさんと共役塩基きょうやくえんきが十分じゅうぶんに存在そんざいする場合ばあいに有効ゆうこうである。大量たいりょうの酸さんや塩基えんきを加くわえて片方かたほうが使つかい切きられると、緩衝作用かんしょうさようは失うしなわれる。

8最終形さいしゅうけい

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")] p H = p K_{a} + \log_{10} \frac{[A^{-}]}{[H A]}

9一言ひとことでいうと

緩衝液かんしょうえきは、弱酸じゃくさんと共役塩基きょうやくえんきの組くみ合あわせで外そとからの酸さん・塩基えんきを吸収きゅうしゅうする平衡系へいこうけいである。