２００４年１１月１７日（水）　04ko1-18　酸と塩基

今日から酸と塩基の勉強です。酸は英語でａｃｉｄといいます。このことばはラテン語のａｃｉｄｕｓ（酸っぱい）に由来するそうです。 　　　　 　最初に化学的に定義したのはボイルで，植物性の青色色素（ｌｉｔｍｕｓ）を赤色に変化させ，多くのものを溶かすことのできるものを酸素いったようです。ラボアジェは，酸はすべて酸素を含むと考えたようです。二酸化炭素，二酸化窒素，二酸化硫黄の水溶液は，確かに酸性です。しかし，金属の酸化物である酸化ナトリウムや酸化カルシウムの水溶液は塩基性を示しますね。ラボアジェも間違えることがあったのです。ドイツのリービッヒ（冷却管に名前が残っています）は，酸のプロトン説を提唱しました。そして，アレーニウス，ブレンステッド，ローリーと続くのです。アレーニウスは１９０３年に，ファントホッフ，フィッシャーについで３人目のノーベル化学賞を受賞しています。 　アレーニウスはスウェーデンの化学者で，１８８７年に電離説を発表しています。酸・塩基の定義は１８８４年に発表しています。 　塩基とアルカリは意味が違うので注意しましょう。水溶性の塩基のことを，特にアルカリとよんでいます。中学校では，すべて水溶性の塩基だったですね。　　 　今日の学習内容は，次の通りです。 （１）アレーニウスの酸・塩基 （２）ブレンステッド・ローリーの酸・塩基 （３）酸・塩基の強さ 　下の電離の式で，⇔の記号を使っているものがありますが，これは反応がどちらにも進むことを意味しています。教科書では→と←を上下に重ねた記号ですが，このページではその記号が使えませんので，代わりに⇔で示します。

１４　酸と塩基 （１）　アレーニウスの酸・塩基 　　　酸（acid）→水溶液中で電離して水素イオンを生じるような物質 　　　　一般式：　ＨＡ　→　Ｈ＋　＋　Ａ− 　　　　塩酸：　ＨＣｌ　→　Ｈ＋　＋　Ｃｌ− 　　　　硫酸：　Ｈ２ＳＯ４　→　Ｈ＋　＋　ＨＳＯ４− 　　　　　　　　　ＨＳＯ４−　→　Ｈ＋　＋　ＳＯ４２− 　　　　酢酸：　ＣＨ３ＣＯＯＨ　⇔　Ｈ＋　＋　ＣＨ３ＣＯＯ− 　　　　塩基（base）→水溶液中で電離して水酸化物イオンを放出する物質 　　　　一般式：　ＢＯＨ　→　Ｂ＋　＋　ＯＨ− 　　　　水酸化ナトリウム：　ＮａＯＨ　→　Ｎａ＋　＋　ＯＨ− 　　　　水酸化カルシウム：Ｃａ(ＯＨ)２　→　Ｃａ２＋　＋　２ＯＨ− 　　　　アンモニア：　ＮＨ３　＋　Ｈ２Ｏ　⇔　ＮＨ４＋　＋　ＯＨ− 　　　　水溶性の塩基＝アルカリ

デンマークのブレンステッドとイギリスのローリーは，１９２３年にそれぞれ独自に定義しています。このように，二人の化学者が同時に同じ定義を発表することは，ひじょうに珍しいことです。 　この定義の特徴は，同じ物質でも，相手によって酸・塩基がわかるということです。例えば，水は塩酸に対しては塩基であるけれども，アンモニアに対しては酸です。ですから，ブレンステッド・ローリーの定義では，〜として作用する，〜としてはたらくというような表現になります。 　なお，水溶液中の水素イオンは，水分子の酸素原子の間を急速に移動し，個々のオキソニウムイオンＨ３Ｏ＋の寿命は，約１０−１３秒程度であるといわれています。はかない命ですね。

（２）　ブレンステッド・ローリーの酸・塩基 　　　酸（acid）→プロトン（proton＝Ｈ＋）供与体　proton donner 　　　　塩基（base）→プロトン（proton＝Ｈ＋）受容体　proton accepter 　　　　一般式：　ＨＡ　＋　Ｈ２Ｏ　⇔　Ｈ３Ｏ＋　＋　Ａ− 　　　　　　　　　　acid　 　　base　　　　acid　　　　　base 　　　　ＨＣｌ　＋　ＮＨ３　→　ＮＨ４Ｃｌ 　　　　acid        base 　　　　ＨＣｌ　＋　Ｈ２Ｏ　→　Ｈ３Ｏ＋　＋　Ｃｌ−          acid        base 　　　　Ｈ２Ｏ　＋　ＮＨ３　⇔　ＮＨ４＋　＋　ＯＨ− 　　　acid　　　　 base　　　　acid　 　　　　base

塩酸や硫酸というと，何となく怖い感じがします。それに対して，酢酸は，それほど怖い感じがしませんね。ところで，酸や塩基の強さとは何でしょう。 　電離度が１に近い酸や塩基を，強酸・強塩基とよんでいます。それに対して，電離度が小さい酸や塩基を，弱酸・弱塩基とよんでいます。 　　　　　　　　　　　　 　酸の共通の性質は水素イオンで，塩基の共通の性質は水酸化物イオンでしたね。ですから，酸としてのはたらきの強い水溶液には水素イオンが多く含まれており，塩基としてのはたらきの強い水溶液には水酸化物イオンが多く含まれていると考えることができます。 　酸や塩基のような電解質が水に溶けたとき，溶けた電解質の量に対する電離した電解質の量の比を電離度といいます。２５℃で０．１０mol/ｌ　の塩酸の電離度（記号でαを使う）は０．９４です。したがって，今１ｌ の水溶液を考えたとき，塩化水素分子がもともと０．１０ｍｏｌあって，その０．１０ｍｏｌの分子のうち９４％が電離していることになりますから，水素イオンは０．０９４ｍｏｌ，塩化物イオンも０．０９４ｍｏｌということになりますね。では，塩化水素分子は何ｍｏｌ残っているのでしょうか。０．１０−０．０９４＝０．００６〔ｍｏｌ〕ですね。 　酢酸水溶液では，少しようすが違います。０．１０mol/ｌ ＣＨ３ＣＯＯＨ　の電離度α＝０．０１６です。ですから，これも１ｌ の水溶液を考えたとき，酢酸分子のうち１．６％だけが電離していることになります。したがって，水素イオンが０．００１６ｍｏｌ，酢酸イオンも０．００１６ｍｏｌです。そして，電離せずに残っている酢酸分子は０．０９８４ｍｏｌあることになります。 　　　　　 　すなわち，同じ濃度の塩酸と酢酸を比べると，水素イオンの濃度が塩酸では酢酸のおおよそ６０倍存在していることになります。水素イオンが多いほど酸としてのはたらきが強くなることはわかりますね。

（３）　酸・塩基の強さ 　　　　電離度→酸や塩基のような電解質が水に溶けたとき，溶けた電解質の量に対する電離した電解質の量の比 　　　　　　　　　　　電離した電解質の量 　　　　電離度＝　―――――――――― 　　　　　　　　　　　溶けた電解質全体の量 　１．　２５℃　０．１０mol/ｌ ＨＣｌ　の電離度α＝０．９４ 　　　　　　　　ＨＣｌ　　　→　　　Ｈ＋　　　＋　　　Ｃｌ− 　電離前　　０．１０mol/ｌ　　０mol/ｌ　　　　　０mol/ｌ 　電離後　　０．００６mol/ｌ　０．０９４mol/ｌ　０．０９４mol/ｌ 　２．　２５℃　０．１０mol/ｌ ＣＨ３ＣＯＯＨ　の電離度α＝０．０１６ 　　　　　　　　ＣＨ３ＣＯＯＨ　⇔　Ｈ＋　　　　　＋　　　　ＣＨ３ＣＯＯ− 　電離前　　０．１０mol/ｌ　　　　０mol/ｌ　　　　　　　０mol/ｌ 　電離後　　０．０９８４mol/ｌ　　０．００１６mol/ｌ　　０．００１６mol/ｌ　　 　電離度が１に近い酸または塩基→強酸，強塩基 　（例）　ＨＣｌ，Ｈ２ＳＯ４，ＨＮＯ３，ＮａＯＨ，ＫＯＨ，Ｃａ（ＯＨ)２ 　電離度が小さい酸または塩基→弱酸，弱塩基 　（例）　ＣＨ３ＣＯＯＨ，ＮＨ３

酸や塩基の強さは，電離度の大小で議論できますが，同一物質であっても濃度によって異なり，やや不便さがあります。本来は，酸や塩基の電離定数の大小で議論されますが，電離定数は化学IIの内容です。ですから，不正確さを残しますが，ここでは扱わないことにします。 　小学校で初めて酸やアルカリを学習し，中学でも酸やアルカリ，中和を学習しています。しかし，酸や塩基の正体は，今回の学習によって初めて明らかになりました。生活に関係が深く，また，化学でも重要な内容です。もうしばらく，酸や塩基の学習を続けていくことにしましょう。 　それでは，今日の学習内容の確認です。 １．水素イオンは，水溶液中で水分子と結びついた状態で存在します。このイオンを何といいますか？→オキソニウムイオン ２．水素イオンや水酸化物イオンによる酸や塩基の定義を提唱したのは誰ですか？→アレーニウス ３．水素イオンの授受による酸や塩基の定義を提唱したのは誰ですか？→ブレンステッドとローリー ４．電解質が水に溶けたとき，溶けている電解質の物質量に対する，電解した電解質の物質量の比を何といいますか？→電離度 ５．強酸や強塩基とは，どのような酸や塩基ですか？→電離度が１に近い酸や塩基