基礎講座|pH中和処理制御技術 1-1. 酸とアルカリ 酸とアルカリについて

pHについてご説明する前に、まず酸とアルカリについての知識の確認を行いましょう。

酸について

水に溶けて電離し、H+となる水素原子を有する化合物を酸といいます。広い意味では、他の物質に水素イオンH+を与える物質です。

酸類を水に溶解させるといずれもヒドロニウムイオンが生成します。

(例)

塩酸 → HCl + H2O   →   H3O+    +  Cl-
    (塩酸)(水)   (ヒドロニウムイオン)(塩素イオン)

硫酸 → H2SO4 + H2O → H3O+ + HSO4 -
         (硫酸)      (硫酸水素イオン)

      HSO4- + H2O → H3O+ + SO42-
                (硫酸イオン)

硫酸は2個に電離して2個のヒドロニウムイオンを生成します。このように2個のヒドロニウムイオンを生成する酸のことを二塩基酸といいます。

実際には「2-1. pHとは?水の電離・水のイオン積」で述べますようにヒドロニウムイオンH3O+の代わりに水素イオンH+で表わします。

したがって上記の例では、

塩酸 → HCl ⇔ H+ + Cl-
硫酸 → H2SO4 ⇔ 2H+ + SO42-

となります。

アルカリ(塩基)について

塩基とは、水に溶けて電離し、OH-となる水酸基を有する化合物をいい、塩基の中で水に溶けているものを特にアルカリといいます。広い意味では、H+を受け入れる物質をアルカリといいます。

(例)

水酸化ナトリウム  → NaOH ⇔ Na+ + OH-
                                     (ナトリウムイオン)(水酸イオン)

水酸化カルシウム → Ca(OH)2 ⇔ Ca2+ + 2OH-
                                     (カルシウムイオン)(水酸イオン)

水酸化カルシウムのように2個の水酸イオンを生成するアルカリのことを二酸塩基といいます。

強酸と弱酸について

酸の強弱は、1分子中の水素原子の数に関係なく、電離度の大小で決まります。
電離度とは、水に溶かした電解質の量に対する電離(イオンになること)した量の割合をいいます。
つまり、電離度の大きい酸、アルカリをそれぞれ強酸、強アルカリといい、また電離度の小さい酸、アルカリをそれぞれ弱酸、弱アルカリといいます。

(参考)

100個のHCl分子を水に溶かしたとき、91個が電離したとするとその濃度におけるHClの電離度は0.91です。そして、この電離度の大きいものを強電解質といい、電離度の小さいものを弱電解質といいます。
強電解質とは水中ではすべてイオン解離してしまうような物質をいい、弱電解質は水中で全部がイオンに別れるのではなく、大部分は分子の形で水に溶けています。

現在知られている酸のほとんどは弱酸であり、強酸はごくわずかしかありません。

(例)

強酸 → HCl、 H2SO4、 HNO3 など
    (塩酸)(硫酸) (硝酸)

弱酸 → CH3COOH、H2CO3、H2S など
     (酢酸) (炭酸) (硫化水素)

強塩基と弱塩基について

塩基の場合も強弱は、塩基の濃度に関係なく、電離度の大小で決まります。
アルカリ金属(Li、Na、Kなど)、アルカリ土類金属(Ca、Srなど)の水酸化物は強塩基となります。

(例)
強塩基 → 電離度の大きいもの →
NaOH、     KOH、     Ca(OH)2など
(水酸化ナトリウム)(水酸化カリウム)(水酸化カルシウム)

弱塩基 → 電離度の小さいもの → 水に溶けにくい塩基
→ NH4OH、  Al(OH)3、 Fe(OH)3など
(水酸化ナトリウム)(水酸化カリウム)(水酸化カルシウム)

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