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高校発展Chapter 3011

電離平衡と緩衝液

弱酸は少しだけ電離する。その「少しだけ」を数式にしたものが電離定数。緩衝液はpHを守る仕組み。

#電離平衡#電離定数#緩衝液#pH#弱酸

つまり「弱酸が少しだけ電離する割合」を表したのが Ka

Ka=[H+][A][HA]K_a = \frac{[\text{H}^+][\text{A}^-]}{[\text{HA}]}

Ka が大きい → よく電離する → 強い酸

Ka が小さい → あまり電離しない → 弱い酸


弱酸のpH計算

[H+]Kac[\text{H}^+] \approx \sqrt{K_a \cdot c}

 Ka = 1.0×10⁻⁵、c = 0.10 mol/L の酢酸のpH:

[H+]=105×0.10=106=103[\text{H}^+] = \sqrt{10^{-5} \times 0.10} = \sqrt{10^{-6}} = 10^{-3}

pH=3\text{pH} = 3


緩衝液とは

弱酸+その塩(共役塩基)の混合液

少量の酸が入ってきたら → 塩基成分が吸収する

少量の塩基が入ってきたら → 酸成分が吸収する

→ pH がほぼ変わらない

血液のpH(7.35〜7.45)が一定なのも緩衝液の働き。


ヘンダーソン-ハッセルバルヒ式

pH=pKa+log[A][HA]\text{pH} = \text{p}K_a + \log\frac{[\text{A}^-]}{[\text{HA}]}

弱酸と塩を等mol混ぜたとき → pH = pKa


💡豆知識

炭酸水(CO₂水溶液)のpHは約3.7程度。人間の胃液はpH 1〜2。胃がんになると胃液の酸性が弱まる場合がある。胃の内壁細胞は特殊な保護層(粘液)で酸から守られているが、ピロリ菌感染などでこの保護が破れると胃潰瘍になる。電離平衡と生体の関係は深い。

よく間違えるところ

pH = pKa は「弱酸と塩を等mol混ぜたとき」の緩衝液に対して成立する(ヘンダーソン式でlog(1)=0)。濃度が変わっても成立するかのように見えるが、実際には電離度の変化で微妙にずれる。高校レベルでは「等mol混合でpH = pKa」と覚えてよい。

重要ポイント

まとめ

  • Ka = [H⁺][A⁻]/[HA](電離定数)
  • 弱酸pH:[H⁺] ≈ √(Kac)
  • 緩衝液:弱酸+共役塩基でpH変化を抑制
  • 血液は H₂CO₃/HCO₃⁻ 系の緩衝液

まとめ

  • Ka = [H⁺][A⁻]/[HA](電離定数)
  • 弱酸pH:[H⁺] ≈ √(Kac)
  • 緩衝液:弱酸+共役塩基でpH一定を保つ
  • 血液・体内はH₂CO₃/HCO₃⁻系の緩衝液

// quiz

確認問題

Q1.弱酸HAの電離定数Kaの式はどれか?

Q2.緩衝液に少量の強酸を加えたときpHはどうなるか?

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高分子化合物(合成高分子)

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