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酸と塩基平衡の基本md b4d2832
lecture/chemistry/theoretical/酸と塩基平衡の基本-講義.n.md
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酸と塩基平衡の基本
chemistrytheoreticalhighschoollecture
導入
この講義で最重要なのは、弱酸や弱塩基は「少しだけ電離する平衡」として見ることです。
酸と塩基を学んだあとで混乱しやすいのは、塩酸のようにほぼ完全に電離するものと、酢酸のように一部だけ電離するものを同じ感覚で扱ってしまうことです。ここでは、電離を平衡として読みます。
用語と定義
酸解離定数 とは、酸の電離平衡を表す定数です。
電離 とは、水溶液の中で分子がイオンに分かれることです。
方針
まず弱酸の電離を可逆反応として書きます。そのうえで、平衡における濃度の比として K_{\mathrm a} を定義し、その大きさで酸の強さを読みます。
直感的な説明
弱酸は、水に入れても分子が全部イオンになるわけではありません。電離した分子と、まだ電離していない分子が共存して、ある割合でつり合っています。
厳密な説明
1. 弱酸の電離
ここでいう「平衡」を動的なつり合いとしてまだ捉えにくいなら、化学平衡の講義を先に見るとつながりやすいです。
data/lecture/chemistry/theoretical/化学平衡の基本-講義.n.md
酸 \mathrm{HA} は
\mathrm{HA \rightleftharpoons H^+ + A^-}
と表せます。
ここで c_{\mathrm{H^+}}\ [\mathrm{mol(H^+)/L};\ \mathsf{N}_{\mathrm{amt}}\mathsf{L}^{-3}] のように、c_X は物質 X の濃度を表します。
2. 酸解離定数
高校化学では
K_{\mathrm a}=\frac{c_{\mathrm{H^+}}c_{\mathrm{A^-}}}{c_{\mathrm{HA}}}
の形で整理します。
3. 酸の強さ
K_{\mathrm a} が大きいほど、平衡は右により、酸として強いと見なせます。\mathrm{p}K_{\mathrm a}=-\log_{10}K_{\mathrm a} を使うと、大きさの比較がしやすくなります。
見分け方
- 弱酸、弱塩基、電離度、K_{\mathrm a} が出たら、平衡の問題です。
- 強酸と弱酸を同じ式の感覚で扱わないようにします。
- K_{\mathrm a} が大きいほど強い、\mathrm{p}K_{\mathrm a} が小さいほど強い、という対応を混同しないようにします。
最終形
\boxed{\mathrm{HA \rightleftharpoons H^+ + A^-}}
\boxed{K_{\mathrm a}=\frac{c_{\mathrm{H^+}}c_{\mathrm{A^-}}}{c_{\mathrm{HA}}}}
\boxed{\mathrm{p}K_{\mathrm a}=-\log_{10}K_{\mathrm a}}
一言でいうと
- 酸と塩基の平衡は、電離がどこまで進むかを定数で読む分野です。