化学シェアする理論化学の中でも質問が多い、水素イオン濃度とpH(水素イオン指数)について解説します。ここでは、数学嫌いにとって厄介なlogの計算が登場しますが、いくつかのポイントを押さえるだけで簡単にlogを使いこなせるようになりpH計算ができるようになります。はじめに水溶液の酸性や塩基性の強さを表す尺度としてpH(水素イオン指数)を使いました。pHは数値が0~14まで存在し、pHの値が7のとき中性で、7より値が小さいほど酸性が強く、7より値が大きいと塩基性が強くなります。スポンサーリンク水素イオン濃度からpHを求める水素イオン濃度[H+]からpHを求めるには、水素イオン濃度を1.0×10-2のような指数の形にし、指数を正の数にして読めばいいだけです。pH=nこれをlogを使った公式で表すと次のようになります。pH=-log10[H+]pH=-log1010-npH=n難しく感じますが、右肩の指数を正の数にして答えるだけでいいのです。簡単なものだとすぐに答えが出ますが、複雑なものになるとlogの公式を使いこなさないといけなくなります。下の公式を覚えておけば大丈夫です。log10A×B=log10A+log10Blog10A÷B=log10A-log10Blog1010n=n掛け算は足し算に、割り算(分数)は引き算になる程度の理解で十分です。水のイオン積Kw水のイオン積Kwとは、温度が25°Cの場合、水素イオン濃度[H+]と水酸化物イオン濃度[OHー]の積が1.0×10ー14で一定になるというルールみたいなものです。水溶液が酸性であろうが、中性であろうが、塩基性であろうが必ず1.0×10ー14で一定になります。いうことは、水のイオン積Kwを使えば、水酸化物イオン濃度[OHー]から水素イオン濃度[H+]を求めることができ、pHまで計算することができるようになります。[H+]×[OH-]=1.0×10-14例えば[OH-]が1.0×10-3だったとき、pHは次のように計算できます。[H+]×1.0×10-3=1.0×10-14[H+]=1.0×10-11pH=-log1010-11pH=11この他にも、下記のpHとpOHの関係を使っても大丈夫です。pH+pOH=14[OH-]=1.0×10-3pOH=-log1010-3pOH=3pH+3=14pH=11慣れれば、問題なく計算できるようになります。ここで、pHと水素イオン濃度、水酸化物イオン濃度の関係を図で表してみます。水素イオン濃度や水酸化物イオン濃度からpH(水素イオン指数)を求める練習を行います。簡単な問題から少しずつ難しくしています。やり方をマスターすれば、簡単に計算できますので、あきらめずに頑張ってください。pH計算(1価の強酸)[問題]0.1mol/Lの塩酸のpHを求めよ。塩酸が電離しているようすを式で表すと、HCl→H++Cl-1価の酸である。塩化水素は強酸なので、電離度α=1[H+]=0.1mol/L×1価×1=1.0×10-1-log10[H+]の公式に当てはめると、pH=-log1010-1pH=1pH計算(2価の強酸)[問題]5.0×10-3mol/Lの硫酸のpHを求めよ。硫酸が電離しているようすを式で表すと、H2SO4→2H++SO42-2価の酸である。硫酸は強酸なので、電離度α=1[H+]=5.0×10-3mol/L×2価×1=1.0×10-2-log10[H+]の公式に当てはめると、pH=-log1010-2pH=2pH計算(1価の強塩基)[問題]0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液のpHを求めよ。水酸化ナトリウムが電離しているようすを式で表すと、NaOH→Na++OH-1価の塩基である。水酸化ナトリウム水は強塩基なので、電離度α=1[OH-]=0.1mol/L×1価×1=1.0×10-1水のイオン積Kwを用いて、[H+]×1.0×10-1=1.0×10-14[H+]=1.0×10-13-log10[H+]の公式に当てはめると、pH=-log1010-13pH=13pH計算(1価の弱酸)[問題]0.10mol/Lの酢酸のpHを求めよ。電離度α=0.010とする。酢酸が電離しているようすを式で表すと、CH3COOH⇄CH3COO-+H+1価の酸である。弱酸である酢酸の電離度α=0.010なので、[H+]=0.10mol/L×1価×0.010=1.0×10-3-log10[H+]の公式に当てはめると、pH=-log1010-3pH=3pH計算(応用1)[問題]0.050mol/Lの塩酸のpHを求めよ。log102=0.30とする。塩酸なので、価数1、電離度α=1[H+]=0.050mol/LpH=-log100.050=-log10(0.1÷2)=-log10(10-1÷2)=-(log1010-1-log102)=1+0.30=1.3pH計算(応用2)[問題]1.0×10-4mol/Lの硫酸のpHを求めよ。log102=0.30とする。硫酸なので、価数2、電離度α=1[H+]=1.0×10-4mol/L×2価×1=2.0×10-4mol/LpH=-log102.0×10-4=-log10(2×10-4)=-(log102+log1010-4)=-0.3+4=3.7pH計算(応用3)[問題]0.10mol/Lのアンモニア水のpHを求めよ。電離度α=0.02とし、log102=0.30とする。アンモニア水の価数は1、弱塩基で電離度は0.02[OH-]=0.10mol/L×1価×0.02=2.0×10-3pOH=-log102.0×10-3=-log10(2×10-3)=-(log102+log1010-3)=-0.3+3=2.7pH+pOH=14よりpH=14-2.7=11.3ここまでpH計算ができるのであれば、ほぼ大丈夫でしょう。あとは実戦問題で使えるように問題演習あるのみです。コメントをキャンセルメールアドレスが公開されることはありません。*サイトTEKIBOTEKIBO【テキボ】は、高校生のための無料で学べる学習プラットフォームサイトです。ポイントを押さえながら、スムーズに学習できるよう配慮しています。