溶解平衡と緩衝液
水溶液中の電離平衡・溶解度積・緩衝作用は、生体や環境化学を理解する上で不可欠です。
基本知識
① 水のイオン積: Kw=[H+][OH-]=1.0×10-14(25℃)
② pH=-log[H+]。中性pH=7
③ 酸の電離定数 Ka: HA⇌H++A-, Ka=[H+][A-]/[HA]。pKa=-log Ka
④ 緩衝液: 弱酸とその塩 or 弱塩基とその塩 — 少量の酸塩基添加でpH変化が小さい。ヘンダーソン・ハッセルバルヒの式 pH = pKa + log([A-]/[HA])
⑤ 溶解度積 Ksp: AgCl(s)⇌Ag++Cl-, Ksp=[Ag+][Cl-]=1.8×10-10
📘 重要用語・公式
Kw（水のイオン積=10-14(25℃)）
Ka, pKa（酸の強さの指標）
ヘンダーソン式（pH = pKa + log([A-]/[HA])）
緩衝液（弱酸+塩 or 弱塩基+塩）
溶解度積 Ksp（難溶塩の溶解平衡）
共通イオン効果（共通イオン添加で溶解度が下がる）
Kw（水のイオン積=10-14(25℃)）
Ka, pKa（酸の強さの指標）
ヘンダーソン式（pH = pKa + log([A-]/[HA])）
緩衝液（弱酸+塩 or 弱塩基+塩）
溶解度積 Ksp（難溶塩の溶解平衡）
共通イオン効果（共通イオン添加で溶解度が下がる）
深掘り (原理・応用)
血液のpHは約7.4で、CO2/HCO3-緩衝系が中心的役割を担います: CO2+H2O⇌H2CO3⇌H++HCO3-。pHが7.35未満になるとアシドーシス、7.45を超えるとアルカローシスで生命の危険があります。
溶解度積を使うと、定性分析の硫化物分別沈殿(Ag2S, CuS は pH 低い水溶液でも沈殿、ZnS, MnS は塩基性で沈殿)、写真現像のAgCl/AgBr/AgIの溶解度差利用などが定量的に扱えます。
💡 ポイント
- Kw=10-14(25℃)
- pH+pOH=14
- 緩衝液=弱酸+共役塩
- ヘンダーソン: pH=pKa+log([A-]/[HA])
- 緩衝能はpKa±1で最大
- Ksp=難溶塩の溶解度の表現
- 共通イオン効果で溶解度低下
注意点 (混同しやすい・頻出ミス)
① 緩衝液は弱酸+その共役塩基の組(または逆)。強酸+強塩基は緩衝にならない。② Kwは温度上昇で増加(40℃で約2.9×10-14)、中性pHも変わる。③ Kspは無次元ではなく単位を持つ。④ 共通イオン効果: AgClにNaCl添加でAgClの溶解度が低下。
練習
- pH=3の水溶液の[H+]はいくらか。また[OH-]も求めよ。
- 0.10 mol/L CH3COOH(Ka=1.8×10-5)と0.10 mol/L CH3COONa の緩衝液のpHを求めよ。
- AgClの溶解度積Ksp=1.8×10-10のとき、純水中のAgClの溶解度[mol/L]を求めよ。