コアコンセプト – Kw 均衡
この記事では、化学における Kw の概念について学びます。 Kw は、平衡、酸/塩基、水の特性などの分野からの概念的な知識を組み合わせて、有用なツールを形成します。
他の記事で取り上げられているトピック
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平衡と解離
化学における Kw の概念を理解するには、平衡についての基礎知識が必要です。化学の世界では、物質は常に相互に反応して新しい物質を形成します。ただし、反応は永遠に続くわけではありません。反応では反応物がなくなるか、平衡点に達します。平衡点は、生成物の濃度と反応物の濃度の比です。
平衡とは、生成物と反応物の間の微妙なバランスです。 液体と固体には実際の濃度がないため、これらの比率には含まれていません。各反応には独自の平衡点があり、温度によっても変化する可能性があります。平衡についてさらに詳しく知りたい場合は、ChemTalk の記事を読んでください。
理解すべきもう 1 つの重要なトピックは、分離です。一部の物質は、溶媒（通常は水）と混合すると、それらを構成するイオンに分解されます。たとえば、塩が水に溶けると、Na+とCl-に分解されます。これを解離と呼びます。どの化合物が最も解離するかについて詳しく知りたい場合は、強酸と強塩基に関する ChemTalk の記事を読んでください。
Kw は水のイオンの解離反応の平衡定数です。 Kw は他の平衡定数とまったく同じですが、 Keq の代わりに Kw と書かれます。この概念は最初は複雑に聞こえるかもしれませんが、分解してわかりやすくすることができます。平衡定数は生成物濃度と反応物濃度の比ですが、解離は単に水中で分子が分裂することを指します。
水は次のように解離します。
したがって、水の平衡定数は次の式で表すことができます。
H2O は純粋な液体であるため、この平衡定数の要素ではないことに注意してください。これは、10 兆個の水分子ごとに 1 対の H+ イオンと OH- イオンが存在することを意味します。酸または塩基が水に導入されると、これらのイオンのいずれかの濃度が変化し、それによって pH が変化します。
pH 計算における Kw
pH を計算するとき、H+ と OH- の濃度は常に 10 ～ 14 倍になるという事実をよく参照します。水自体は中性です。これは、H3O+ と OH- の濃度が同じ (10-7) であることを意味します。 H+ イオンの濃度の式は次のように記述できます。
pH 計算の仕組みを再確認する必要がある場合は、pH に関する ChemTalk の記事を読んでください。場合によっては、練習問題を解いているときに、H+ の代わりに OH- イオンの濃度が表示されることがあります。 Kw の概念的な知識が得られたので、これは問題ではありません。 OH– の濃度を Kw の値 (10-14) で割るだけで、H+ の濃度を求めることができます。
練習問題
スキルを確実に身につけるために、簡単な練習問題を解いてみましょう。
水溶液の水酸化物イオン濃度は 2.5 x 10-5 M です。溶液の pH を計算します。酸性か塩基性かです。
この問題を解決するには、まず溶液中の水素イオンの濃度を知る必要があります。水溶液なのでKwが使えます。
ここで、pH 式を使用して pH を計算できます。
したがって溶液のpHは9.4 となり、塩基性となります。
さらに読む
- 高度な pH 計算の詳細については、ICE 表をさらに読んでください。
- 優れた pH 計算のトリックについては、このビデオをご覧ください (追記 – 電卓は必要ありません!)
- 興味深い実験を見るため
