化学基礎

酸と塩基について

投稿日:7月 23, 2020 更新日:

今回は酸と塩基について解説していくにゃ。化学基礎の中でも重要な分野なのでしっかり勉強して知識を身につけていくのが大事だにゃ!

・酸と塩基の性質とは?

まず酸の性質について解説します。酸は①酸味を示す、②金属と反応して水素を発生させる場合がある、③青色リトマス紙が赤色に変化する、などの性質がありこのような性質を酸性といい、代表的な試薬としては塩酸などがあげられます。酸性を示す物質と酸といいます。

次に塩基についてです。塩基は①苦みがする、②赤色リトマス紙が青色に変化するなどの性質がありこのような性質を塩基性といい、代表的な試薬としては水酸化ナトリウムがあげられます。塩基性を示す物質を塩基といいます。

・酸と塩基の定義とは?

酸と塩基の有名な定義にはアレニウスの定義、ブレンステッドとローリーによる酸・塩基の定義があります。どちらも非常に大切な定義なのでしっかり覚えましょう。

 まずはアレニウスの定義から説明します。アレニウスは「酸とは水に溶けて水素イオンH+を生じる物質であり、塩基とは、水に溶けて水酸化物イオンOHを生じる物質である。」と定義しました。わかりづらいので塩酸を例にとって説明します。塩酸は水中でHCl → H+ +Clと電離します。水素イオンH+が生じていることが確認できます。生成した水素イオンH+は水溶液中で水分子H2Oと配位結合してオキソニウムイオンH3O+となります。実は上の式は厳密にはHCl + H2O → H3O+ + Clとなります。オキソニウムイオンが省略して水素イオンH+となっていることは知っておくとよいです。

次に水酸化ナトリウムが電離した場合について解説します。水酸化ナトリウムは水中でNaOH → Na+ +OHとなります。水酸化物イオンOHが生じていることが確認できました。実はアンモニアNH3も塩基です。あれっ?アンモニアNH3にはOHがなくないかと気づいた人もいると思います。しかし水溶液中で一部のアンモニアNH3が水と反応してNH3 + H2O ⇄ NH4+ + OHと水酸化物イオンが生じているのでアンモニアは塩基です。

 次はブレンステッドとローリーによる酸・塩基の定義についての解説です。この定義の意味は「酸とは水素イオンH+を与える分子、イオンであり、塩基とは水素イオンH+を受け取る分子・イオンである。」です。これは水素イオンの受け渡しについて着目した定義になります。わかりづらいのでアレニウスの定義のときに説明したHCl + H2O → H3O+ +Clの化学式を使って説明します。塩酸HClは水素イオンH+を水H2Oに渡してオキソニウムイオンH3O+となっているので塩酸は酸と言えます。また水H2Oは水素イオンH+を受けとっているので塩基と言えます。

アレニウスの定義とブレンステッドとローリーによる酸・塩基の定義は混合しやすいから注意が必要だにゃ。どちらかというとブレンステッドとローリーによる酸・塩基の定義の方が使われることが多いのでしっかり覚えることが大事だにゃ!

・酸と塩基の強弱とは?c

 酸と塩基には強弱があり、強酸、弱酸、強塩基、弱塩基と分類できます。塩酸と酢酸を分類すると塩酸が強酸で酢酸が弱塩基性です。この強いのと弱いのに分かれるのは電離度の違いにあります。塩酸を例にとると塩酸は水溶液中で塩酸分子がほとんど電離しているので電離度が1に近く強酸に分類できます。一方で酢酸は水溶液中で酢酸分子の一部のみしか電離していなく電離度が1よりかなり小さいため弱酸に分類されます。

電離度についてくわしく解説します。電離度は以下の式にあてはめて求めることができます。

電離度α=電離した酸(塩基)の物質量÷溶解した酸(塩基)の物質量

この式は電離している酸および塩基の物質量が小さい場合、小さいほど電離度は小さいと言えます。よって強酸、強塩基の電離度はほぼ1で弱酸、弱塩基の電離度は1よりかなり小さいといえます。

電離度が高いほど電気伝導性は高いにゃ!

価数強酸弱酸弱塩基強塩基
1塩酸
HCl
硝酸HNO3
酢酸CH3COOHアンモニア
NH3
水酸化ナトリウム
NaOH
水酸化カリウム

KOH
2硫酸H2SO4硫化水素
H2S
二酸化炭素CO2
水酸化銅Cu(OH)2水酸化カルシウムCa(OH)2
水酸化バリウムBa(OH)2
3リン酸
H3PO4
水酸化鉄Fe(OH)2

・まとめ

  • アレニウスの定義 酸は水中でH+を生じる物質、塩基は水中でOH-をうけとる物質。
  • ブレンステッド・ローリーの定義 酸はH+を与える分子・イオン、塩基はH+を受け取る分子・イオン。
  • 強酸・強塩基 水溶液中でほぼ電離している酸または塩基
  • 弱酸・弱塩基 水溶液中で一部のみ電離している酸・塩基

・演習問題

問題1.次の()に適切な語句を入れよ。

化学者であるブレンステッドとローリーは水溶液以外でも適用できるように酸と塩基を(1)イオンの授受で定義した。すなわち酸とは(1)イオンを(2)物質であり、塩基とは(1)イオンを(3)物質である。例えば、アンモニアの水溶液中における電離式はNH3 + H2O ⇄ NH4+ + OHと表される。右向きの反応ではNH3はH2Oから水素イオンH+を受け取ったので(4)であり、H2OはNH3に水素イオンH+を与えているので(5)である。

水素イオンが移動する方向はどこかをしっかり探すにゃ。

解答(1)水素(2)与える(3)受け取る(4)塩基(5)酸

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