酸塩基溶液: 定義、酸塩基理論、性質と種類

酸塩基溶液: 定義、酸塩基理論、特性と種類 – 酸性溶液とアルカリ性溶液は、日常生活で広く見られ、使用されている 2 つのグループの化合物です。 したがって、これは化学を学ぶ上で、特に化学を理解していない人にとっては重要なトピックです。 以下のさらなる議論をチェックしてください。

酸塩基溶液: 定義、酸塩基理論、性質と種類

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酸性溶液と塩基性溶液は、物質の酸性またはアルカリ性の度合いが異なる溶液です。 物質中に存在する H+ (酸) イオンと OH- (塩基) イオンの数、および物質のイオン化の度合い。 酸性とアルカリ性のレベルは pH で表されます。酸性と塩基性の溶液についてのこの理解は非常に必要です。 次の化学物質を理解するための知識の基礎、つまり、何かの酸性またはアルカリ性のレベルを計算する 物質。

酸塩基理論

酸と塩基（アルカリ）は古くから知られており、私たちは日常生活で頻繁にそれらに遭遇します。 たとえば、ブドウの酒石酸、オレンジのクエン酸、酢の酢酸、バッテリー水の硫酸、その他さまざまな物質です。 一方、石灰水、石鹸、潰瘍薬などさまざまな物質にはアルカリ性物質が含まれています。 酸と塩基の理論には、次のような区別できるいくつかの理論があります。

ステバンテ・アレニウスの酸塩基理論

ステバンテ・アレニウスは、次のような酸塩基理論を提唱しました。

酸は、水に溶解すると H+ イオンを生成する物質であり、これらの H+ イオンは溶液中の唯一の陽イオンになります。 一方、塩基は水に溶けるとイオン化してOH-イオンを生成する物質で、このOH-イオンが溶液中の唯一のマイナスイオンとなります。

ブレンステッド・ローリーの酸塩基理論

J.N. ブレンステッドと T.N. ラウリーは、酸と塩基に関する別の理論を提唱しました。 この理論によれば、酸はプロトン供与体であり、塩基はプロトン受容体です。 この定義から、酸はプロトンを放出した後に共役体を形成し、塩基もプロトンを受け取った後に共役体を形成します。 したがって、この共役酸塩基理論では、「酸塩基対」または「共役酸塩基」という用語が知られています。

ブレンステッド・ローリー酸塩基理論を知ると、水素を含む物質は酸性物質または塩基性物質のグループに含まれると判断できます。 非プロトン性（H を含まない）化合物/物質についてはどうすればよいでしょうか。その酸または塩基の性質はどのように判断すればよいのでしょうか?

ルイス酸塩基理論

化学者のG.N.ルイスも酸と塩基の理論を提唱しました。 この理論によれば、塩基とは、別の物質に供与できる孤立電子対を 1 つ以上持つ物質です。 したがって、配位共有結合を形成しますが、酸は孤立電子対を受け入れることができる物質です。 の。

ルイスの酸塩基理論によれば塩基である物質は、ブロンステッド・ローリーの理論によれば塩基でもある。

酸および塩基溶液の性質と種類

酸溶液の性質

化学の世界では、酸とは、水に溶解すると pH 7 より低い溶液を生成する化合物です。 酸は、他の物質 (塩基と呼ばれる) に陽子 (H+ イオン) を与えることができる物質、または塩基から孤立電子対を受け取ることができる物質として解釈することもできます。

日常生活における酸の例としては、酢酸を含む酢、クエン酸を含むオレンジ、ワインなどがあります。 酒石酸が含まれ、リンゴにはリンゴ酸が含まれ、ビタミンCにはアスコルビン酸が含まれ、目薬には酸が含まれます。 ホウ酸塩。

酸性溶液の特性には次のようなものがあります。

• 酸味がある
• 青のリトマス試験紙を赤に変えることができる
• 電気を通すことができる（強酸）
• 水に溶けると水素イオン（H+）を放出します。
• 金属腐食性
• アルカリ性を中和できる

酸溶液タイプ

酸性溶液には強酸と弱酸の2種類があります。 鉄の錆の存在は、酸が金属を腐食させることを示す特徴の 1 つです。

ほぼすべての H+ イオンが放出されるように酸が溶解した場合、その酸は強酸と呼ばれます。 H+ イオンのごく一部だけが放出される場合、その酸は弱酸と呼ばれます。 強酸は電気を通しますが、弱酸はほとんど電気を通しません。

強酸として分類される物質の例には、胃酸 (塩酸 = HCl)、硫酸 (H2SO4)、亜硫酸酸 (H2SO3)、臭化酸 (HBr)、硝酸 (HNO3)、および硝酸 (HNO2) が含まれます。

弱酸を含む物質の例には、炭酸 (H2CO3)、酢酸 (CH3COOH)、硫化酸 (H2S)、シアン酸 (HCN)、リン酸 (H3PO4) が含まれます。

アルカリ溶液の性質

塩基は、水に溶解するとヒドロニウムイオンを吸収する化合物です。 塩基の ​​pH は 7 を超えます。 水に溶解すると、ヒドロキシルイオン (OH-) と金属陽イオンに分解されます (ただし、常にではありません)。 したがって、ベースは電流を流すことができます。

日常生活で頻繁に遭遇する塩基の例には、水酸化マグネシウム (Mg (OH) 2) および水酸化アルミニウム (Al (OH) 3) を含む潰瘍薬が含まれます。 水酸化ナトリウム（NaOH）を含むボディウォッシュ。 水酸化カリウム（KOH）を含むベビーバスソープ。 消臭剤には水酸化アルミニウム (Al (OH)3) が含まれ、床クリーナーには水酸化アンモニウム (NH4OH) が含まれています。

塩基のプロパティには次のようなものがあります。

• 肌に触れると滑りやすい（危険ですので肌には使用しないでください）
• 赤のリトマス試験紙を青に変えることができる
• 電気を通すことができる（強塩基）
• 水に溶解するとヒドロキシルイオン（OH-）を放出します。
• 酸を中和できる

アルカリ溶液の種類

塩基が溶解し、ほぼすべてのイオン (OH-) が放出される場合、その塩基は強塩基と呼ばれます。 強塩基の例としては、水酸化ナトリウム（NaOH）、水酸化カルシウム（KOH）、水酸化バリウム（Ba(OH)2）などが挙げられます。

ただし、ごく一部の OH- のみが放出される場合、その塩基は弱塩基と呼ばれます。 弱塩基の例には、水酸化アンモニウム (NH4(OH) および水酸化アルミニウム (Al(OH)3) が含まれます。

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酸と塩基の強さ

酸と塩基の強度は、H+ イオンと OH- イオンがどれだけ放出されるかというイオン化度 (α) によって決まります。 水中の酸と塩基は平衡反応であるイオンへの分解反応を起こします。 したがって、酸と塩基の強さは、その平衡定数である酸イオン化定数(Ka)と塩基イオン化定数(Kb)で表すことができます。

たとえば、水中では、HCl はほぼ完全に H+ イオンと Cl- イオンに解離しますが、HF は部分的にのみ H+ イオンと F- イオンに分解します。 したがって、HCl は強酸、HF は弱酸と呼ばれます。 同様に、水中では、NaOH はほぼ完全に Na+ イオンと OH- イオンに分解しますが、NH3 は部分的にのみ NH4+ イオンと OH- イオンに分解します。 NaOH は強塩基、NH3 は弱塩基と呼ばれます。

酸のイオン化定数 (Ka)

一般に、水中の HA 酸溶液の平衡反応は次のように書くことができます。

HA(aq) ⇌ H+(aq) + A−(aq)

酸のイオン化定数 Ka は次のように定式化できます。

K_a = \frac{[H^+][A^-]}{[HA]}
強酸 (例: HCl、HBr、HI、HNO3、HClO4、H2SO4)
水中では、ほとんどすべての強酸がイオンに分解されるため、イオン化度 α ≈ 1 となります。 したがって、強酸の Ka 値は非常に大きくなります。 Ka 値が非常に大きい場合、酸は完全にそのイオンに解離すると想定できます。 H+ イオン濃度は酸濃度 ([HA]平衡 ≈ [HA]initial = Ma) と価数から計算できます。 酸っぱいもの。 酸の価数は、酸の分子あたりに生成される H+ イオンの数です。

[H^+] = 価数_a \times M_a
弱酸 (例: HF、HCN、HNO2、CH3COOH、H2CO3)
水中では一部の弱酸のみがイオンに分解されるため、電離度は 0 < α < 1 となります。 弱酸溶液 HA の初期濃度を Ma とすると、

HA(aq) ⇌ H+(aq) + A−(aq)

最初は：お母さん
反応: −αMa + αMa + αMa
平衡: (1 − α)Ma αMa αMa

K_a = \frac{(\alpha M_a)(\alpha M_a)}{((1 – \alpha) M_a)}
K_a = \frac{\alpha^2}{1 – \alpha} M_a
α の値が非常に小さい (α ≪ 1) 場合、その値は (1 − α) ≈ 1 であると想定できるため、弱酸の Ka 方程式は次のように書くことができます。

K_a = \alpha^2 M_a
\alpha = \sqrt{\frac{K_a}{M_a}}
したがって、H+ イオンの濃度を計算するには、Ka の値または α の値を使用できます。

[H^+] = \sqrt{K_a \times M_a} または [H^+] = \alpha \times M_a

塩基イオン化定数 (Kb)

一般に、水中の LOH 塩基溶液の平衡反応は次のように記述できます。

LOH(aq) ⇌ L+(aq) + OH−(aq)

塩基イオン化定数 Kb は次のように定式化できます。

K_b = \frac{[L^+][OH^-]}{[LOH]}
強塩基（例：NaOH、KOH、Ca(OH)2、Sr(OH)2、Ba(OH)2)
水中では、ほぼすべての強塩基がイオンに分解されるため、イオン化度 α ≈ 1 になります。 したがって、強塩基の Kb 値は非常に大きくなります。 Kb 値が非常に大きい場合、塩基が完全にイオンに解離すると想定できます。 OH−イオン濃度は塩基濃度（[LOH]平衡 ≒ [LOH]初期 = Mb）と価数から計算できます。 本拠。 塩基価数は、塩基式単位ごとに生成される OH- イオンの数です。

[OH^-] = 価数_b \times M_b
弱塩基 (例: NH3、CH3NH2、C6H5NH2)
水中では一部の弱塩基のみがイオンに分解されるため、イオン化度は 0 < α < 1 となります。 弱塩基 LOH 溶液の初期濃度を Mb で表すと、次のようになります。

LOH(aq) ⇌ L+(aq) + OH−(aq)

最初に：Mb
反応: −αMb + αMb + αMb
バランス: (1 − α)Mb αMb αMb

K_a = \frac{(\alpha M_b)(\alpha M_b)}{((1 – \alpha) M_b)}
K_a = \frac{\alpha^2}{1 – \alpha} M_b
α の値が非常に小さい場合 (α ≪ 1)、その値は (1 − α) ≈ 1 であると想定できるため、弱塩基の Kb 方程式は次のように書くことができます。

K_b = \alpha^2 M_b
\alpha = \sqrt{\frac{K_b}{M_b}}
したがって、OH- イオンの濃度を計算するには、Kb 値または α 値を使用できます。

[OH^-] = \sqrt{K_b \times M_b} または [OH^-] = \alpha \times M_b

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pH (酸性度)

溶液の酸性度は、溶液中の H+ イオンの濃度によって異なります。 H+ イオンの濃度が高くなるほど、溶液はより酸性になります。 1909 年、ソーレン P. L. ソーレンセンは、溶液の酸性度を溶液中の H+ イオン濃度の関数として表す pH の概念を提案しました。 pH 関数は、溶液中の H+ イオン濃度の負の対数として表されます。

pH = –log[H^+]
pH の概念を使用すると、H+ イオンの濃度を簡単に表現でき、その変化は非常に小さい場合があります。 たとえば、0.1 M 酢酸溶液中の H+ イオンの濃度は約 0.001 M、蒸留水中の H+ イオンの濃度は約 1 × 10−7 M です。 pHで表すと、0.1M酢溶液のpHは3、蒸留水のpHは7となります。

2 つの例から、H+ イオンの濃度から、0.1 M 酢溶液 ([H+] = 0.001 M = 1 × 10−3 M) は蒸留水 ([H+] = 1 × 10−3 M) よりも酸性であることがわかります。 −7M）。 ただし、0.1 M 酢酸溶液 (pH = 3) の pH は蒸留水 (pH = 7) よりも低くなります。 したがって、溶液が酸性であればあるほど、pH 値は低くなります。 逆に、溶液のアルカリ性が高いほど、pH 値は大きくなります。

酸塩基指示薬

議論の冒頭で説明したように、酸塩基理論が導入される前の古代、人々は酸と塩基を味見によって区別していました。

しかし現在では、酸と塩基を区別するためのさまざまな指標が知られています。 インジケーターは安全で実用的な方法であるだけでなく、より関連性の高い結果を提供することもできます。

リトマス試験紙

よく使用される指標の 1 つはリトマス試験紙です。 リトマス紙には青色リトマス紙と赤色リトマス紙の2種類があります。

赤いリトマス試験紙は塩基にさらされると青に変わりますが、酸や中性の物質にさらされると色は変わりません。

青いリトマス紙は酸にさらされると赤くなりますが、塩基や中性の物質にさらされると色は変わりません。

ユニバーサルインジケーター

リトマス試験紙では酸や塩基を含む物質しか比較できませんので、指示紙が再度開発されます。

ユニバーサルインジケーターペーパーは、物質の酸性とアルカリ性のレベルを示すことができます。

試験した各物質から得られた色をユニバーサルインジケーターの標準紙と比較することで、物質の酸性度を判断できます。

ソリューションインジケーター

この溶液の指示薬の例としては、メチル レッド、メチル オレンジ、ブロモチモール ブルー、およびその他のいくつかの溶液があります。 この指示薬はリトマス試験紙とまったく同じように機能し、この溶液は酸または塩基にさらされると色が変わります。

したがって、からのレビューは、 ナレッジ.co.idについて について 酸塩基溶液, お役に立てば幸いです。