pH計算
pH、pOH、水素イオン濃度、水酸化物イオン濃度を相互に換算し、強酸や弱酸、強塩基や弱塩基のpHを濃度とKaから求めます。
弱酸。x² + Kax − KaC = 0 を近似せずそのまま解いています。x が小さいと仮定しないので、電離度が大きい場合でも答えが崩れません。
この濃度では酸または塩基の 1.31% が電離しています。
pH が表すもの
pH は水素イオン濃度の常用対数に負号をつけたもので、pH = −log10[H+] と書きます。対数なので 1 目盛りごとに 10 倍変わります。pH 3 は pH 4 の 10 倍、pH 5 の 100 倍の酸性です。25 °C の純水では [H+] と [OH−] がどちらも 1.0 × 10−7 mol/L で、よく知られた中性の 7 はここから出てきます。この 7 は普遍の定数ではなく、室温における水のイオン積 Kw から決まる値なので、温度が変われば動きます。
pH、pOH と二つの濃度
この四つの量は同じ一つの数を四つの顔で表したものです。どれか一つを与えれば、残りの三つは pH + pOH = 14 と [H+][OH−] = Kw = 1.0 × 10−14 から決まります。メニューの最初の四項目がちょうどそれを行います。pH 3.4 なら pOH は 10.6、水素イオン濃度は 4.0 × 10−4 mol/L、水酸化物イオン濃度は 2.5 × 10−11 mol/L となり、どちらの端から始めても計算は同じように進みます。
強酸と強塩基
強酸は完全に電離するので、0.01 mol/L の塩酸なら水素イオンは 0.01 mol/L、pH は 2 になります。pH = −log10C という近道はおよそ 10−6 mol/L までは問題なく使えますが、その先で黙って破綻します。10−8 mol/L の塩酸の pH を 8 と答えてしまい、酸が塩基性になってしまうのです。このツールは水自身が出す水素イオンも含めて全体の釣り合いを解くので、pH 6.98 となります。ごくわずかに酸性で、これが本来の姿です。
弱酸と弱塩基
弱酸は一部しか電離せず、どこまで進むかは酸解離定数 Ka で決まります。平衡から x² + Kax − KaC = 0 が得られ、x が水素イオン濃度です。教科書はふつう中央の項を落として x = √(KaC) を使います。電離度が 5 パーセント程度までなら十分近いのですが、それを超えると目に見えてずれます。このツールは二次方程式をそのまま解き、電離した割合も示すので、近似が通用したかどうかを自分で判断できます。Ka は 1.75 × 10−5 のように数値で入力するか、最後の欄を pK に切り替えて 4.76 と入力してください。
知っておくと役に立つこと
- pH は対数なので、1 の差は酸性度で 10 倍の差になります。小さな違いではありません。
- 中性が 7 になるのは 25 度のときだけで、100 度の水では 6.14 あたりまで下がります。
- 0 より小さい pH や 14 を超える pH も実在します。非常に濃い溶液が必要なだけです。
- 強いとは完全に電離するという意味で、危険という意味ではありません。フッ化水素酸は弱酸ですが強く腐食します。
- 何も保存しません。計算はサーバー上で行われ、結果は送信後に破棄されます。