pH は、水質を判断する際に測定される主要なパラメーターです。これは、水源が飲用目的やその他の家庭用ニーズに使用するのに十分な品質であるかどうかを示します。さらに、適切な pH を維持することは、一部の化学反応にも重要です。システムの pH は、そのシステムに存在する水素イオンの濃度に依存します。溶液中の水素イオンの濃度は、溶液 1 リットル中に存在する水素イオンの量 (モル単位) です。 pH は、水素イオン濃度の逆数の対数値です。これが水素イオンとpHの関係です。
対象となる主な分野
1.水素イオンとは
– 定義、プロパティ
2. pHとは
– 定義、プロパティ、スケール、測定
3.水素イオンとpHの関係
– 例を挙げて説明
重要な用語:酸性度、アルカリ度、塩基性度、水素イオン、ヒドロニウム イオン、pH、プロトン
水素イオンとは
水素イオンは水素元素のイオン形態です。これは記号 H で与えられます。イオンは、電子が取り除かれたり、原子に追加されたりすると形成されます。原子から電子が取り除かれると、陽イオンになります。電子が原子に追加されると、陰イオンになります。水素は、気相中の中性原子に電子を 1 つだけ持っています。水素の最も安定な同位体は、その核に陽子を含んでいます。したがって、核の正電荷 (陽子の存在による) は、それが持っている唯一の電子によって中和されます。しかし、この電子が水素原子から取り除かれると、正に帯電した陽子だけが存在します。したがって、水素は水素イオンになります。したがって、水素イオンは陽子にすぎません。
水溶液では、この水素イオンまたはプロトンは H2 と結合しています。 O（水）分子。その後、ヒドロニウム イオンと呼ばれます .ヒドロニウムイオンの記号はH3 O. このシンボルは H-H2 から作成されます 組み合わせ。
図 1:ヒドロニウム イオンの化学構造
化合物の酸性度は、水素イオン (またはプロトン) を放出する能力によって決まります。したがって、強酸は、それらが持つすべての水素イオンを完全にイオン化して放出できる化合物です。弱酸は、部分的にそのイオンに解離し、水素イオンの一部を放出できる化合物です。システム内に存在する水素イオンの量は、そのシステムの pH を見ることによって決定できます。酸塩基滴定は、主にシステム内に存在する水素イオンに基づいています。塩基は、酸の水溶液に存在する水素イオンの数を決定するために使用できます。
さらに、水素イオンは陰イオンにもなり得ます。水素原子は 1s 軌道に不対電子を持っているため、s 軌道に別の電子を取得して軌道を完成させ、ヘリウム (He) の電子配置を得ることができます。次に、H として示されます。これは、水素原子が陽子で構成されており、入ってくる電子を中和する他の正電荷が原子にないために発生します。
一般に、水素は他のほとんどの元素に比べて電気陰性度が低いため、陽イオンを形成する傾向があります。しかし、水素よりも電気陰性度が非常に低い金属などの元素と結合すると、陽イオンではなく陰イオンを形成する傾向があります.
pHとは
pH は、水素イオン濃度 (より正確には水素イオンの活量) の逆数の対数値です。 pH は実際には、システムの酸性度または塩基性度 (アルカリ度) を決定するために使用されるスケールです。対数値は、溶液中の水素イオン濃度が非常に低いためです。例えば、25℃の純水の水素イオン濃度は約10mol/Lです。そこで、放射能ではなく水素イオンの濃度を考え、これらの濃度の識別と比較を容易にするために対数値を用います。 pH を計算する場合、水素イオン濃度の単位は mol/L である必要があります。
pH スケールは 1 から 14 まで変化します。pH 7 はシステムの中性 pH と見なされます。酸は 7 未満の pH 値を持ち、塩基は pH 7 を超える pH 値を持ちます。強酸は 1 から 3 の pH 値を示し、弱酸は 4 から 6 の pH 値を示します。システムの pH 値が 14 に近い場合、
図 2:pH スケール
pHは、さまざまな方法を使用して測定できます。リトマス試験紙は、溶液が酸性か塩基性かを判断するために使用できます。 pH 試験紙は、整数として pH 値を決定するために使用できます。滴定法も使用できます。
水素イオンとpHの関係
水素イオンと pH の間には直接的な関係があります。溶液のpHは、その溶液中の水素イオン濃度に依存します。 pH 値は、水素イオン活量の逆数の対数値です。多くの場合、水素イオンの濃度は非常に低いため、イオン活動は水素イオンの濃度と等しいと見なされます。次に、pH は水素イオン濃度の逆数の対数です。
pH =-log10 [aH+ ]
a はアクティビティです。
pH =-log10 [H(aq) ]
したがって、pH と溶液中の水素イオン濃度の間には直接的な関係があります。
結論
溶液の pH は、主に溶液中の水素イオン濃度に依存します。水素イオン濃度は、その溶液に存在する化学種とその溶液の温度の変化によって異なります。
