水素イオン濃度と水素イオン指数ｐＨの計算方法と指示薬

一定温度の水溶液では水素イオン濃度と水酸化物イオン濃度の積は一定になりますが、水素イオン濃度は指数で表示しますのでもっと見やすいpHを用います。計算方法と水素イオン指数pHによる指示薬の変色帯までを見ておきましょう。

水のイオン積

温度が一定なら、
水素イオン濃度と水酸化物イオン濃度の積である水のイオン積は一定になります。
これは酸性でも中性でも塩基性でも変わりません。

　水のイオン積は、
　\( \mathrm {[H^+] \times [OH^-]}= Kw　（\color{red}{=一定}）\)
なので、\(\mathrm {[H^+]}\)　か　\(\mathrm {[OH^-]}\)　のどちらか一方が分かれば他方も分かります。

水素イオン濃度、水酸化物イオン濃度の意味は
⇒　水素イオン濃度と水酸化物イオン濃度と水のイオン積
で確認しておきましょう。

だから酸性でも塩基性でも強さは水素イオン濃度だけで表すことができるのです。

水素イオン指数　pH（ピーエイチ）

酸性や塩基性の強さを指数ではなく分かり易い数字で表したものをpH（ピーエイチ）といいます。
年配の方やかたくなにこだわる人はｐＨをドイツ語読みの「ペーハー」という人もいますが、
３０年くらいに前に教科書でもピーエイチと呼ぶようになっていますのでここでは気軽にｐＨはピーエイチで統一しましょう。笑

指数をどうやって簡単な数字に変えるかというと、
　\( \mathrm {[H^+]}\)　を１０の累乗で表し、
その指数のマイナスをとった値を水素イオン指数といって、pHという記号で表します。
例えば、
　\( \mathrm {[H^+]}= 10^{-\color{red}{5}}\)　なら　\(\mathrm{pH}=\color{red}{5}\)
　\( \mathrm {[H^+]}= 10^{-\color{red}{7}}\)　なら　\(\mathrm{pH}=\color{red}{7}\)
　\( \mathrm {[H^+]}= 10^{-\color{red}{11}}\)　なら　\(\mathrm{pH}=\color{red}{11}\)
となります。

一般化すると、
　\( \large{\mathrm {[H^+]}= 10^{-\color{red}{a}}　(\mathrm{mol/L})　なら　\mathrm{pH}= \color{red}{a}}\)
となります。

鋭い人は、\( \mathrm {[H^+]}\)　ってそんなきれいな数字ばかりじゃないんじゃないの？
と思ったかもしれません。
その通りです。
しかし、「化学基礎」ではpHを求める際に対数処理はしなくて良いように数値が与えられますので、
「化学」で中和をより深く勉強するときにもう一度詳しくやりましょう。

それまでには数学で対数も勉強しているはずです。

⇒　pHの求め方（公式の利用と計算問題）とlogの確認

化学基礎では、整数でpHが与えられるようなきれいな濃度しか出ないと思っていて良いです。笑

ただし、
小数を指数に書き換える練習はしておいて下さいね。
　\( {0.001} = 10^{-3}\)
　\( {0.00001} = 10^{-5}\)
です。

大切なのはｐＨは中性で７となり、それよりｐＨが小さいときが酸性、大きいときが塩基性だということです。
ｐＨ＝３は酸性、ｐＨ＝９は塩基性です。

　（酸性）＜（\(\mathrm{pH}=7\)）＜（塩基性）