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Buffer Solution。緩衝溶液。

実は、これほど簡単な分野はありません。ちょっとした コツを 教えてもらえば、するするっと 理解できるんです。

まず 図1 (pH、α%)グラフを ご覧ください。

最初、単なる酢酸溶液だったわけですから、α=5%以下です。
そこに、酢酸塩を 同じmole数ぐらい この希薄溶液に突っ込みます。
酢酸塩は 強塩基の塩ですから、電離度1です。

よって、一気に α=50%にまで 達します。

ただ、ここで ダブルミーニングになります。αは 「酢酸と酢酸化物イオンの比」を 表現しているものなんですが、
酢酸の電離度を 表現するαと 「酢酸塩が 投入した瞬間に 意味がずれる」ということです。

つまり、電離度は αではなく βとして 定式したほうが 混乱せずに済みます。


というわけで これが 緩衝溶液をつくるときのイメージです。

つぎに 別の角度から、この緩衝溶液を見ていきましょう。

図2、(滴下したNaOHのml、pH)グラフをご覧ください。

最初、単なる酢酸溶液だったわけですから、α=5%以下です。
そこに、酢酸塩を 同じmole数ぐらい この希薄溶液に突っ込みます。
酢酸塩は 強塩基の塩ですから、電離度1です。

つまり、y軸切片に あった点が 酢酸塩が 加わることで、
一気に、弱酸独特の水平線部分まで 飛びます。

さあ、これで 準備は整いました。
化学平衡の法則式を 定式しましょう。

はじめ 反応量 反応後でしたね。

酢酸塩を 突っ込むだけですから、酢酸のmole濃度をCa vs 酢酸塩のmole濃度をCs
とすると
酢酸が もともともっている電離度を βとして

K=(Cs+βCa)(βCa)/(1-β)Ca

さて

このとき、β=0.05以下ですから、近似できます。

K=(Cs+βCa)(βCa)/(1-β)Ca

のように 消しますと、

K=(Cs)(βCa)/Ca

あら すっきり。

これを pHで 表現すると、

pH=p(K・Ca/Cs)

(この式を ごろあわせしても いいと思います。僕のは 放送コードに 障るので、NGです。自分で考えろ。)

というわけで、

酢酸の もともとのmole濃度と 酢酸塩の もともとのmole濃度の 比によって、pHは 決まるんです。あぁ 簡単。

もし 数滴の HClや NaOHが
この溶液に 入ってきても、ほっとんど pHは 変化しないのは 明らかですよね。


pH=p(K・Ca/Cs

上の太い線の部分を いじるだけでいいんですから。

pH=pK+(pCaーpCs)
                             ↑
                       ここが ちょこっと 変わるだけ。
             
いやぁー よかったよかった。国立2次試験まえに 理解で来ちゃいましたね。

これで 等電点、pIについても 同様に理解できます。

定式の形が まったく同じだからです。

知っていれば、さくっと解ける問題の典型です。

こんな 丁寧な説明は 亀田和久先生でも してくれません。よかったね。Wikihikagleがあって。
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