緩衝液かんしょうえきの基本きほん

date2026-05-26description緩衝液を、弱酸とその共役塩基がつくる平衡として説明し、なぜ pH が変わりにくいのかを整理します。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

導入どうにゅう

この講義こうぎで最重要さいじゅうようなのは、緩衝液かんしょうえきは「弱酸じゃくさんとその共役塩基きょうやくえんきが同時どうじにある平衡へいこう」として見みることです。

緩衝液かんしょうえきを暗記あんきで覚おぼえると、「なぜ少量しょうりょうの酸さんや塩基えんきを加くわえても pH があまり変かわらないのか」が見みえません。ここでは、平衡へいこうが移動いどうして変化へんかを打うち消けす仕組しくみを先さきに押おさえます。

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や塩基えんきを加くわえても pH が大おおきく変化へんかしにくい溶液ようえきです。

共役酸塩基対きょうやくさんえんきついConjugate acid-base pair とは、水素すいそイオン $H^{+}$ を 1 つ失うしなうか受うけ取とるかの関係かんけいにある酸さんと塩基えんきの組くです。

まず弱酸じゃくさん $H A$ とその共役塩基きょうやくえんき $A^{-}$ の平衡へいこう

H A ⇌ H^{+} + A^{-}

を中心ちゅうしんに見みます。そのあと、酸さんや塩基えんきを加くわえたときに、この平衡へいこうがどちらへ動うごくかを読よみます。

緩衝液かんしょうえきでは、酸さんを少すこし入いれると共役塩基きょうやくえんきがそれを受うけ取とり、塩基えんきを少すこし入いれると弱酸じゃくさんがそれを受うけ止とめます。つまり、「余分よぶんに入はいったものを受うけ止とめる相手あいて」が両方りょうほういるので、pH が急きゅうには動うごきません。

化学平衡かがくへいこうそのものの意味いみがまだ曖昧あいまいなら、ここで先さきに戻もどっておくと読よみやすくなります。

H A ⇌ H^{+} + A^{-}

より、

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

です。したがって

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

となります。

ここで $c_{H^{+}} [m o l (H^{+}) / L; N_{a m t} L^{- 3}]$ のように、 $c_{X}$ は物質ぶっしつ $X$ の濃度のうどを表あらわします。

両辺りょうへんの対数たいすうを取とると、

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

です。

これは、まず

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

の両辺りょうへんに $- \log_{10}$ を作用さようさせて

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

とし、さらに

\log_{10} \frac{c_{H A}}{c_{A^{-}}} = - \log_{10} \frac{c_{A^{-}}}{c_{H A}}

を使つかえば得えられる式しきです。

この式しきは、「pH は $A^{-}$ と $H A$ の比ひで決きまる」と読よむのが大切たいせつです。

酸さんを加くわえると $H^{+}$ が増ふえますが、平衡へいこうは左ひだりへ寄よって $A^{-}$ が $H^{+}$ を受うけ取とります。つまり外そとから入はいった $H^{+}$ を、共役塩基きょうやくえんきが消費しょうひしてしまいます。

塩基えんきを加くわえると $O H^{-}$ が $H^{+}$ を減へらしますが、そのぶん平衡へいこうは右みぎへ進すすんで $H A$ が電離でんりします。つまり外そとから入はいった $O H^{-}$ を、弱酸じゃくさんが結果的けっかてきに受うけ止とめます。

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")] H A ⇌ H^{+} + A^{-}

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

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