塩(「しお」ではなくて中和反応でできる塩「えん」)のすべてが加水分解するわけではありません。ここでは加水分解する塩とその仕組みを説明します。加水分解にも定数が存在して加水分解定数といいますが電離定数との関係はどうなっているのか見ておきましょう。
塩の加水分解
酸と塩基との中和反応で生じた塩の水溶液は必ず中性になるとは限りません。
酸性を示す塩もあれば、塩基性を示す塩もあります。
これらは塩が水と反応して一部がもとの弱酸や弱塩基にもどることから生じる現象で「塩の加水分解」といいます。
ただし、強酸と強塩基でできた塩は電離したイオンが水と反応せず加水分解は起こりません。
ここまでは「化学基礎」で取り上げています。
⇒ 塩の加水分解の反応式と水溶液の性質
塩の加水分解の例(酢酸ナトリウム)
酢酸ナトリウムの加水分解酢酸ナトリウム(\(\mathrm{CH_3COONa}\))は水溶液中で
\( \mathrm{CH_3COONa \rightleftharpoons CH_3COO^-+Na^+}\)
のように完全に電離しています。
一方で水もわずかに電離して
\( \mathrm{H_2O \rightleftharpoons H^++OH^-}\)
の平衡状態になっています。
この2つが混じり合った状態なので弱酸である酢酸は電離度が小さく、酢酸イオンが水素イオンと結合し酢酸分子にもどります。
その結果、水溶液中では水酸化物イオンが水素イオンより多く残ることになるのでこの水溶液は塩基性を示すことになるのです。
\( \mathrm{CH_3COONa \rightleftharpoons CH_3COO^-+Na^+}\)
\( \mathrm{H_2O \rightleftharpoons H^++OH^-}\)
2式を足して
\( \mathrm{CH_3COONa+H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH+Na^+OH^-}\)
※
イオン濃度で見ると、\(\mathrm{[H^+]}\,\color{red}{<}\,\mathrm{[OH^-]}\) ですが、
\(\mathrm{CH_3COONa}\) の元を考えると弱酸と強塩基の塩なので塩基性の勝ち、と見ると分かり易いです。
塩の加水分解の例(塩化アンモニウム)
塩化アンモニウムの加水分解塩化アンモニウムも水溶液中では完全に電離しています。
\( \mathrm{NH_4Cl \rightarrow NH_4^++Cl^-}\)
アンモニアは弱塩基なので電離度が小さく水と反応して、
\( \mathrm{NH_4^++H_2O \rightleftharpoons NH_3+H_3O^+}\)
の電離平衡になり、アンモニウムイオンはアンモニアは分子にもどります。
そのため水溶液中では \(\mathrm{[H^+]}\,\color{red}{>}\,\mathrm{[OH^-]}\) となるので酸性を示すようになるのです。
( \(\mathrm{[H^+]}\) と \(\mathrm{[H_3O^+]}\) は水溶液中では同じです。)
加水分解定数
水溶液中で酢酸イオンは加水分解されて
\( \mathrm{CH_3COO^-+H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH+OH^-}\)
の電離平衡になっています。(塩の加水分解)
この式に化学平衡の法則を適用すると
\( \displaystyle K=\mathrm{\frac{[CH_3COOH][OH]}{[CH_3COO^-][H_2O]}}\)
ここで水の濃度は一定で \(\displaystyle K\times \mathrm{[H_2O]}\) をまとめて定数と見なせるので
\( \displaystyle K\mathrm{_h=\frac{[CH_3COOH][OH^-]}{[CH_3COO^-]}}\)
この \(K\mathrm{_h}\) を「加水分解定数」といいます。
加水分解定数も平衡定数などと同じように温度で決まる定数です。
ここまでだと「だから?」となるところですが、
この加水分解定数の右辺の分母分子に \(\mathrm{\color{red}{[H^+]}}\) をかけて整理すると
\(\displaystyle K\mathrm{_h=\frac{[CH_3COOH][OH^-]\color{red}{[H^+]}}{[CH_3COO^-]\color{red}{[H^+]}}}\\ \\
\displaystyle \hspace{17pt}\mathrm{=\color{green}{\frac{[CH_3COOH]}{[CH_3COO^-][H^+]}}\times \color{blue}{[OH^-][H^+]}}\\ \\
\displaystyle \hspace{17pt}=\frac{1}{\color{green}{K\mathrm{_a}}}\times \color{blue}{K\mathrm{_w}}=\frac{\color{blue}{K\mathrm{_w}}}{\color{green}{K\mathrm{_a}}}\)
となります。
ここで \(K\mathrm{_w}\) は一定なので \(K\mathrm{_h}\) は \(K\mathrm{_a}\) に反比例します。
つまりは、弱酸と強塩基からなる塩は、酸が弱いほど加水分解されやすくその水溶液のpHは大きくなる、ということです。
単純にいえば塩基の圧倒的勝利になって水素イオン濃度は小さくなるのでpHは大きくなりますよね。
ある程度は基礎化学の
での復習になりますが平衡定数との関係はやっていなかったので改めて書いて見ました。
参考になるところがあれば参考にして下さい。