強酸を希釈してもpH=7を超えないことを計算してみた

pH=7を超えない理由
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も、わたなべです。

 

タイトルの通り、

「pH=6の強酸を100倍希釈するとpH=8になるのか?」という問題です。

 

まあ実際の質問は、

「なんでpH=6を100倍に希釈するとpH=8にならないんですか?確かに希釈しても塩基性にならないからという風に考えるとわかりますが、計算的には出せないんですか?」

 

という質問を貰いました。

 

結構学校で習うので、pH=8にはならない事を知っている人は多いですが、これがどのような計算で成り立っているのか?

 

定量的な話を知っている人は非常に少ないです。

 

なので、このサイトも見ている人は、必ず知っておきましょう!

pHの定義

pHは水素イオン濃度から求められます。

 

つまり、問題でpHを聞かれたら、水素イオン濃度を聞かれている問題と言い換える事が出来ます。

 

 

pH=-log10[H+]

 

という式で求められます。

 

強酸の水素イオン濃度の求め方

強酸の水素イオン濃度の求め方はコチラの記事でくわしいものは見てほしいのですが、基本的に強酸の場合は、[H+]=Caです。

 

強酸は100%電離するから水素イオン濃度とモル濃度が等しくなります。

 

塩酸がダメなら水が頑張る!

塩酸
あかん!!俺めっちゃ薄まった、、、H+ほとんど出されへんで、、
ムフフ!俺に任せろ!!水の電離で補ってやるぜぇぇ!!!
塩酸のモル濃度が1.0×10-8mol/Lであるとすると、

HCl→H++Clにおいては、[H+]=1.0×10-8です。

これだけだとpH=8ですよね。

これだけだとまるで塩基みたいになりますよね。ここに、水の水素イオンを加えます。

H2O⇄H++OHです。

水の電離
となります。

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つまり、溶液中には、[H+]=1.0×10-8+x mol/Lという事が言えます。

また、[OH]=xmol/L

 

です。

水のイオン積で関係式を作ってみる

これを水のイオン積KW=[H+][OH]=1.0×10-14に代入します。

すると、(1.0×10-8+x)×x=1.0×10-14という式が立てられます。

∴x2+1.0×10-8x-1.0×10-14=0

水の水素イオン濃度

となります。

x=9.5×10-8mol/Lとなりますので、pHを計算すると、pH=6.98です!

つまり、滑り込みでpHは7より小さくなりました

 

つまり7より小さいので若干酸性なのです!とはいえ、青いリトマス紙をつけても赤色にはなりません!

 

薄すぎるからです!

水の電離を考慮する場合は?

じゃあこの水の電離はいつでも考慮するのか?というと、そういうわけではありません。

 

水の電離を考慮するのは、毎回ではありません。

 

 

水って中性ですよね!ってことは、水が電離して水素イオン濃度が[H+]=1.0×10-3mol/Lとかになることはあり得ないわけです。

 

強酸で水の電離を考慮する場合はこちらの場合です。

 

まとめ

おそらく知識として、酸性溶液を希釈してもpH=7より小さくならない事は知っている人は多いと思いますが、これを実際に計算してみました

 

酸性溶液に水を加えても塩基性にならないのは当然です。

 

ですが、

受験化学コーチわたなべ

理系は数学で証明できて初めて納得やねんで!

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