溶液（酢や漂白剤など）の酸性度を測定するために使用されるpHスケールについて聞いたことは間違いありません。 あなたはおそらく酸をタルト（たとえば、クエン酸はサワーキャンディーの一般的な成分です）であり、時には危険である（ほとんどの人）と考えています ハリウッド映画や悲惨なニュースからだけであっても、成人になる前に「酸」という言葉を「潜在的な皮膚の損傷」と関連付けることを学ぶ レポート）。
しかし、化学的に言えば、酸とは何ですか？ そして、その溶液に溶解している酸のモル濃度を知っている限り、溶液のpHを決定するのを容易にするさまざまな酸の個々の特性はありますか？ その「署名」特性は、 酸解離定数Ka。 非公式にkaと書かれることもありますが、数学的に簡単な方法でpHを計算できます。
溶液中の酸
酸は、水溶液中のプロトン（まれに複数のプロトンを順番に）を供与できる分子です。つまり、水に溶解すると、イオン化されます。 これは陽子（H+）は水分子の間で「浮く」ままになり、水分子として表されることがよくあります。 ヒドロニウムイオン （H3O+）これらの寄付されたプロトンを受け入れる水の能力のため。 残された分子は陰イオンです。
例： 炭酸 （H2CO3）水溶液中のプロトンを供与してHになる+ （多くの場合、Hとして表されます3O+）および重炭酸塩（HCO3−).
塩酸（HCl）などの強酸は、はるかに多くの弱酸よりも「熱心に」プロトンを供与します。 それらは、低pH環境、つまり、すでにプロトンが豊富であり、したがってそれ自体が吸収することを「熱望」していない環境でも、プロトンをオフロードすることができます。 もっと。 弱酸は、周囲のpHが高い場合、つまりプロトン濃度が比較的低い場合にのみ、プロトンを提供することに熱心です。
pHスケールとは何ですか？
上記では、pHが低いということは、親酸を含まないプロトンがたくさんある環境を意味することを読んでいます。 たまたま、pHスケールは対数または「対数」スケールであり、実用的な目的では、酸性度が最も高いものから最も低いものまで、1から14の範囲です。 pHの式は次のとおりです。
pH = -log_ {10} [H ^ {+}]
ここで、[H +]は陽子のモル濃度（つまり、溶液1リットルあたりのモル数または個々の原子/分子）です。 プロトン濃度が10倍になるごとにpHが上昇します ダウン 1つの整数単位で逆に。
例： プロトンの0.025M溶液のpHはどれくらいですか？
pH = −log10[0.025 mol / L] = 1.602
酸イオン化定数Ka
各酸には、次の式で与えられる独自のイオン化定数があります。
K_ {a} = \ dfrac {[A ^ {−}] [H_ {3} O ^ {+}]} {[HA]}
ここで−]、[H3O+]および[HA]は、それぞれイオン化酸、プロトン、および非イオン化（つまり「無傷」）酸の平衡濃度を表します。 Ka したがって、プロトンをオフロードする酸の「熱意」の尺度を提供し、したがって強度です。 平衡状態で酸がより強く解離するほど、この式の分母に対して分子が高くなり、Kが高くなります。a.
pKaからのpHの計算：ヘンダーソン-ハッセルバッハ方程式
酸のpKaと上記の濃度が与えられた場合、溶液のpHを計算できます。ただし、提供されたプロトンのpHは除外されます。 pKの計算a Kからa pHの場合と同じ操作を実行することを意味します。Kの負の対数を取ります。a、そしてあなたの答えがあります。
派生が含まれていますが、 ヘンダーソン-ハッセルバッハ方程式 これらの数量を次のように関連付けます。
pH = pKa + log_ {10} \ dfrac {[A ^ {-}]} {[HA]}
例： Ka 酢の主成分である酢酸の量は1.77×10です。−5. 酸の1/10が解離している溶液のpHはどれくらいですか？
解決するには、最初にpKaを決定します。これは単に-logです。10(1.77 × 10−5) = 4.75. 次に、[Aの比率が−]から[HA} = 1/10 = 0.1
pH = 4.75+ログ10 (0.1) = 4.75 + (−1) = 3.75
これは、酢酸のpKaよりも低いpHでは、半分未満が解離またはイオン化されることを意味します。 より高いpH値では、半分以上がイオン化されます。 実際、[A −] = [HA]と設定すると、酸のpKaは、酸の半分が解離し、半分が「無傷」になるpHにすぎないことがわかります。