薬剤師国家試験出題項目

pHの測定、溶液のpH

1 pHの測定

)pH計によるpHの測定

 pHは、pH計によって測定することができる。pH計は、2つの電極により構成されており、片側の電極にpHが既知である溶液を入れ、電位を測定することにより、もう片方のpHを求めることができる。pHを求める際、以下の式が用いられている。

2 溶液のpH

 溶液のpHは、溶質の種類により求め方が異なる。溶質ごとのpHの計算方法について確認していく。

1)強酸、強塩基

<強酸の場合>
 強酸は、水中でほぼ完全に解離しており、強酸の濃度=[H]となることから、pH=-log[強酸の濃度]よりpHを求めることができる。
例えば、1.0×10-2 mol/L HClでは、HClは完全に解離し、その溶液における[H]は1.0×10-2となることから、そのpHは2となる(pH=-log[H]=-log(1.0×10-2)=2)。

<強塩基の場合>
強塩基は、水中でほぼ完全に解離しており、強塩基の濃度=[OH]となることから、pOH=-log[強塩基の濃度]よりpOHを求めることができる。次に25℃において、pH+pOH=14であることからpH=14-pOHよりpHを求めることができる。
例えば、1.0×10-2 mol/L NaOHでは、NaOHは完全に解離し、その溶液における[OH]は1.0×10-2となることから、そのpOHは2となる(pOH=-log[OH]=-log(1.0×10-2)=2)。次にpH=14-pOHより、pH=12となる。

2)弱酸、弱塩基

<弱酸(一塩基酸)の場合>

弱酸は、水中で完全に解離していないことから、弱酸の濃度=[H]とならない。そのため、強酸のようにpHを求めるはできない。
弱酸(一塩基酸)の場合、[H]は下記の式より求めることができる。

Ka:酸解離定数、C:弱酸の濃度

弱酸における[H]の式に負の常用対数(-log)をとることにより、弱酸のpHを求めることができる。

<弱塩基(一酸塩基)の場合>
 弱塩基は弱酸と同様に、水中で完全に解離していないことから、弱塩基の濃度=[OH]とならない。そのため、強塩基のようにpHを求めるはできない。
弱塩基(一酸塩基)の場合、[OH]は下記の式より求めることができる。

Kb:塩基解離定数、C:弱塩基の濃度

弱塩基における[OH]の式に負の常用対数(-log)をとることにより、弱塩基のpOHを求めることができる。

25℃において、pH+pOH=14であることから、pH=14-pOHよりpHを求めることができる。

3)塩

塩とは、酸と塩基の中和反応により生じる生成物のことである。塩には、強酸と強塩基により生成される塩や強酸と弱塩基、弱酸と強塩基より生成される塩が存在する。
強酸と強塩基から生じる塩は、中性であるためpHを変動させないが、強酸と弱塩基、弱酸と強塩基より生成される塩は、pHを変動させる。

<強酸と弱塩基の塩>
 例えば、塩化アンモニウム(NH4Cl)は、水中で完全に解離し、アンモニウムイオン(NH4)を生じる。その後、アンモニウムイオン(NH4)は、水にプロトン(H)を与える。このことから、塩化アンモニウムは酸性を示す。
塩化アンモニウムの例から、強酸と弱塩基の塩は酸性を示すといえる。
強酸と弱塩基の塩の[H]、pHは、弱酸(一塩基酸)と同様の式から求めることができる。

<強塩基と弱酸の塩>
例えば、酢酸ナトリウム(CH3COONa)は、水中で完全に解離し、酢酸イオン(CH3COO)を生じる。その後、酢酸イオン(CH3COO)は、水からプロトン(H)を受け取る。このことから、酢酸ナトリウム(CH3COONa)は塩基性を示す。
酢酸ナトリウム(CH3COONa)の例から、強塩基と弱酸の塩は塩基性を示すといえる。

強塩基と弱酸の塩の[OH]、pHは、弱塩基(一酸塩基)と同様の式から求めることができる。

弱塩基における[OH]の式に負の常用対数(-log)をとることにより、弱塩基のpOHを求めることができる。

25℃において、pH+pOH=14であることから、pH=14-pOHよりpHを求めることができる。

)両性電解質

 両性電解質とは、水の中に溶かすと酸としても塩基としても反応する電解質のことである。両性電解質には、炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)、リン酸二水素ナトリウム(NaH2PO4)、リン酸水素二ナトリウム(NaH2PO4)などがある。また、アミノ酸も酸性基(−COOH)、塩基性基(−NH2)をもつため両性電解質である。

両性電解質のpHの求め方は、炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)を例に確認していく。
炭酸(H2CO3)を水に溶かすと、下記のような解離反応を示す。

炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)を水に溶かすと、ナトリウムイオンが解離し、HCO3が最も多い状態となるため、そのpHはpKa1とpKa2の中央値となる。

◇関連問題◇
第100回問5、第101回問5、第101回問96、第103回問96

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