化学物質の状態・構成・変化理科

酸や塩基の濃度がわかる「中和反応」について元研究員が解説

よぉ、桜木建二だ。突然だが、酸や塩基の濃度がわからないときどうする?

pHはpHメーターや試験紙を使えばわかるが、濃度はわからないよな。そんな時に濃度のわかっている塩基や酸と「中和反応」を利用して濃度を求める方法があるんだ。

今回は中和反応とは何か?から、中和滴定の実験操作や濃度の計算、身近な中和反応まで長年中和反応を用いて実験してきたライターwingと一緒に解説していくぞ。

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

wing1982

ライター/wing

元製薬会社研究員。小さい頃から化学が好きで、実験を仕事にしたいと大学で化学を専攻した。卒業後は化学分析・研究開発を生業にしてきた。化学のおもしろさを沢山の人に伝えたいと意気込む。

1.中和反応とは

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酸に塩基を加えていくと、徐々に酸の性質が弱くなります。これは酸と塩基が互いの性質を打ち消し合うからです。この反応のことを中和反応といいます。

酸と塩基が中和するとき、酸から放出された水素イオンと塩基から放出された水酸化物イオンが結びついて水ができます。さらに酸の水素イオンと結びついていた陰イオンと、塩基の水酸化物イオンと結びついていた陽イオンが結びつき塩(えん)を生成するのです。

溶液としては完全に中性になっていなくても、中和反応は起きていて化合物である水も塩も生成しています。

1-1.酸・塩基とは何か?

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では、酸・塩基とはどのような物質のことでしょうか?

アレーニウス(アレニウス)という科学者が水に溶けて水素イオン(H+)を出す物質を酸、水酸化物イオン(OH)を出す物質を塩基と定義しました。この定義は水溶液中に限られており、他の溶媒中や気体について説明ができません。

そこで、ブレンステッドとローリーという科学者が水素イオンを出す物質を酸、水素イオンを受け取る物質を塩基と定義しました。この二つの定義はとても近い意味ですが、ブレンステッド・ローリーの定義で他の溶媒中や気体の酸塩基反応を説明できるようになったのです。

中和反応を説明する時は主にアレーニウスの定義で説明しますが、ブレンステッド・ローリーの定義もあわせて覚えておきましょう。

1-2.中和反応と生成物

中和反応とは、酸と塩基が互いの性質を打ち消し合って水と塩(えん)ができる反応だと説明しました。ではその様子を段階的に化学反応式で見てみましょう。

まず塩酸(HCl)について見てみましょう。

HCl  → H+ + Cl

塩酸は水素イオン(H+)を出すので酸だとわかります。

次に水酸化ナトリウム(NaOH)はどうでしょうか?

NaOH  → Na+ + OH

水酸化ナトリウムは水酸化物イオン(OH)を出しているので塩基だとわかりました。

酸と塩基を混ぜ合わせると中和反応が起きるはずですね?それでは、酸である塩酸と塩基である水酸化ナトリウムを混ぜ合わせてみましょう。

HCl + NaOH → NaCl + H2O

塩酸(酸)と水酸化ナトリウム(塩基)を混ぜ合わせると、塩化ナトリウム(塩(えん))とが生成しました。

中和反応で生成する塩(えん)には様々な種類があります。酸の状態で水素イオンとくっついている陰イオンと、塩基の状態で水酸化物イオンとくっついている陽イオンの種類が様々だからです。

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酸と塩基が中和すると、水と塩(えん)ができるんだな。塩(えん)は一般的に塩(しお)と呼ばれている塩化ナトリウムだけではなく様々なものがあるので注意しよう。

2.中和滴定

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中和反応を利用して、酸(または塩基)の濃度を決定する実験操作をご存じでしょうか?この実験のことを中和滴定といいます。

濃度がわかっている酸(または塩基)をどのくらいの量投入したら「中和したか」によって、濃度のわからない塩基(または酸)の濃度を求めるという実験操作です。

中和滴定は教科書に載っていたり、学校で実際に実験する機会も多い有名な実験なので、覚えておきましょう。

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