指導の手帖

世の中はセンター試験も終わり、今は二次試験対策の季節でしょうか。受験生の皆さん頑張ってね。

というわけで、約１ヶ月の休止期間を置いて、また記事を更新しよう！と思い立った音恩です。三日坊主に終わらないように頑張りますが、なにしろ記事ひとつ書くのに結構時間かかるもので、更新頻度はそんなに上がらないような…なんて言い訳してみる今日この頃。

先月、酸と塩基についてちょこっとだけ説明しましたので、その続きをば。
今日は電離度の話をします。

ここに濃度の同じ塩酸と酢酸水溶液があるとしましょう。
塩酸に亜鉛を放り込みます。すると水素が発生しますね。
では、酢酸は？…酢酸も一応「酸」ですから発生するかもしれませんが…あんまりメジャーな反応ではありません。
どっちも「酸」です。濃度も同じです。しかし、発生する水素の量は違います。なぜ？
それは電離度が違うからです。

電離度、というのは、酸や塩基のような電解質が、水に溶けているとき、溶けている電解質の物質量に対する電離している電解質の物質量の割合のことです。記号αで表します。

一見すると難しく見えてしまう説明です。化学の教科書は、専門用語を使うのが大好きですが（当然だ）、化学に馴染みの薄い方々にとってはとっても不親切です。

とりあえず噛み砕いて説明してみましょう。

塩化水素を水に溶かすと塩酸が出来ます。
その際、塩酸は酸ですからプロトン（H^＋）を出します。

HCl　→ H^＋　＋ 　Cl^－

塩酸は水に溶かすとプロトンと塩化物イオンに分かれます。食塩を水に溶かすとナトリウムイオンと塩化物イオンに分かれます。
ちなみにこいつらのように水に溶かすと幾つかのイオンに分かれるやつを電解質といい、電解質の水溶液は電気を通しますが、ここではあまり関係ないです。

勿論、酢酸も酸で電解質ですからプロトンを出します。

CH3COOH →　H^＋　＋　CH3COO^－

でも、塩酸と酢酸ではプロトンの出しやすさが違います。
１００個の塩化水素分子があれば、ほぼ１００個全員がプロトンを出します。
でも１００個の酢酸分子があっても、プロトンを出すのはたかだか１個か２個です。
その物質が幾つのプロトンを出せるのか、というのは物質によって決まっています。
勿論塩基についても同じで、OH^－イオンを幾つ出せるのか、という数で塩基の強さが決まります。

ですから、それを数値化してやれば分かりやすいですね。
その数値が電離度なのです。つまり、電離度ってのは『ここにある量の物質があって、そのうちの何割が電離しているか』を表す数です。何割って…ちょっと語弊がありますね。電離度は少数表記なので、「割」という単位は使いませんが、考え方は同じです。電離度に１００をかけると「何％が電離しているか」を表せますが、歩合も百分率も、ここでは使いません。

電離度α＝出せるH^＋（またはOH^－）の物質量÷溶けている溶質の物質量

というわけで電離度は割合ですので、単位はありません。最高は１になります。
割合なんて苦手だっ！ってな方は、数学の教科書を読んでくださいね。


【例題】
０．１０mol/ℓの酢酸２ℓ中に存在するプロトンは何molか？酢酸の電離度は０．０１６とする

【解答】
酢酸の物質量は
０．０１mol/ℓ　×　２ℓ　＝　０．２０mol
です。そのうち電離している酢酸は
０．２０mol　×　０．０１６（←電離度）　＝　０．００３２mol
になります。
つまりプロトンを出せる酢酸は０．００３２molしかいないということです。
じゃあプロトンは？
ここに注意してください。
酢酸１分子が出せるプロトンの数は、１個です。
でもリン酸だったら２、３個出せますし、硫酸だって２個出します。酸や塩基には価数があり、その物質１分子が出せるプロトンの数、というのが決まっています。
今は酢酸だから
０．００３２　×　１個　＝０．００３２mol
で、プロトンの量も０．００３２molなのですが、価数が２や３の酸（または塩基）の場合は、電離しているその物質の量に価数をかけた値がプロトンの量なのです。


そして、酸や塩基の強さは電離度によって決まります。
塩酸や硫酸の電離度は１で、水溶液中ではほとんどが電離しています。こういう酸を強酸（または強塩基）といいます。
逆に酢酸や炭酸のように水溶液中であまり電離しない酸（や塩基）のことを弱酸（または弱塩基）といいます。

強酸…塩酸、硫酸、硝酸、過塩素酸
弱酸…それ以外（酢酸、炭酸、硫化水素などなど）　リン酸は弱酸と言う人と、中程度の酸と言う人がいます。

強塩基…水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム
　　　　　　アルカリ金属とアルカリ土類金属の水酸化物は強塩基です
弱塩基…それ以外（アンモニア、水酸化銅、水酸化鉄、水酸化マグネシウム）

強酸と強塩基だけ覚えれば、それ以外は弱いんだなーと分かりますね★

初めて化学の記事を書くなあ、と思いつつ、どうもこんにちは、音恩です。
「中高内容のブログにする」ときっぱり言ったはいいですが、どうも高校内容のほうがメインになりそうです。そりゃー、アレだ。高校内容の授業をするときっていうのはきちんと予習するものですから、記事にするネタも増えるわけですよ。中学生の指導ではぶっつけ本番で通用しますからね。

そんなわけで、今日は酸と塩基の話なんてものをしてみましょうかね。
理論化学でよく出てくるのは中和と酸化還元でしょうか？それは偏見？
でも酸とか塩基ってのが大事なことに変わりはないわな。はい、解説いたしますよ。
かる～く読んでね。
何度も書きますが、これは参考書じゃないですから。そんな真剣に読まなくていいのよ（笑）

◆

●酸・塩基の定義
酸ってのを一言で言えば「すっぱいやつ」です。青いリトマス紙につけると、赤くなるやつです。
塩基…かつてはアルカリと呼びました。アルカリは赤いリトマス紙につけると、青くなるやつです。ちなみに苦いです。

中学校では、こんな風に習うと思います。
でも、それだけではすまないんだね。

昔、アレーニウスという人がこんな風に定義をしました。
酸…水に溶けるとＨ⁺（H₃O⁺）を生じるもの
塩基…水に溶けるとＯＨ^-を生じるもの

これは物質に固有の性質によって酸と塩基を分けています。

でもブレンステッドという人は別の定義の仕方をしました。
酸…Ｈ⁺（プロトン）を他に与えるもの
塩基…Ｈ⁺をもらうもの

じゃあこの反応はどうなるでしょう？

NH₃　+　H₂O　→　NH₄⁺ +　OH^-

アンモニアはプロトンをもらったから塩基です。でもそしたら…プロトンをあげちゃった水は酸ということになります。水は酸っぱくありませんが、酸なんです。
これを、広義の定義といいます。反応によって、水は酸にも塩基にもなります。つまり酸とか塩基とかいうのは、反応中の役割だって言ってるんです。
そしたら、化学反応がダーっと書いてあって、「この物質は酸としてはたらくか、塩基としてはたらくか」なんて問題が作れるんだね。見たことありませんか？

とりあえず、この定義は頭の片隅に置いておきましょう。
酸だの塩基だのを誰かに説明するときには、この定義を使って説明してあげましょう。

●酸・塩基の価数
さて。酸や塩基には「価数」というものがあります。
これは簡単。一言で言えば、「その酸（または塩基）が出せるH⁺（OH^-）の数」です。

塩酸の電離の式を書いてみよう。
HCl　→  H⁺ ＋ Cl^-
です。つまり、１分子の塩酸は、１つのプロトンを出せます。だから価数は１です。
じゃあ硫酸は？
H₂SO₄ 　→　2H⁺ + SO₄^2-
ですね。１分子の硫酸は、２このプロトンを出せます。だから価数は２です。
水酸化ナトリウムはどうでしょう。
NaOH　→  Na⁺ + OH^-
価数は１ですね。いいですか？ＯＨ^-はひとつしか出していませんから１ですよ。


●酸性酸化物と塩基性酸化物
酸化物ってのにも、酸だの塩基だのと同じ働きをするやつがあります。そいつらを酸性酸化物、塩基性酸化物と呼びます。

たとえば二酸化炭素。コイツは水に少し溶けて、酸性になります。青色ＢＴＢ溶液に息を吹き込むと黄色になるのは、二酸化炭素の働きでしたね。
つまり、二酸化炭素は酸としての性質を持っているから酸性酸化物なのです。
じゃあほかに酸性酸化物はどんなものがあるでしょう？

亜硫酸ガス、というものがあります。大気中にこれが増えると、酸性雨が降ります。その化学反応式は
SO₂ + H₂O →　H₂SO₃　→　H⁺ + HSO₃^-
です。亜硫酸ガスのことを二酸化硫黄ともいいます。硫黄の酸化物ですね。だから、これも酸性酸化物です。他に、三酸化硫黄（SO₃）や、十酸化四リン（P₄O₁₀）なんかがあげられます。
こいつらに共通する特徴は何でしょう？
…みんな非金属の酸化物なんですね。但し、水素の酸化物は水なので除外します。それから希ガスはそもそも酸化物を作らないので、除外します。


では塩基性酸化物は？
水に溶けると塩基性になるものをあげてみましょう。
例えば酸化ナトリウム。
Na₂O + H₂O　→　2Na⁺ + 2OH^-
水に溶けると塩基になります。
酸化カルシウム（生石灰）も同様に
CaO + H₂O　→　Ca²⁺ + 2OH^-
ちなみに、最後に出来たCa²⁺イオンとOH^-イオンの水溶液は石灰水です。二酸化炭素を通すと白くにごります。
その他、酸化バリウム、酸化マグネシウム、酸化鉄（Ⅱ）なんかも代表的な塩基性酸化物です。
ということは…
塩基性酸化物とは、金属元素の酸化物ということになります。
ちなみに酸化マグネシウムや酸化鉄は水には溶けにくいんですが、酸と中和反応をする、ということで塩基性酸化物なのです。中和については後日あらためて。


◆

ひとまず、酸と塩基とは何か、という大雑把な説明を行いました。
これを踏まえて今後計算問題を解いていきます。
特に「価数」は非常に大切なのでアタマに入れとくといいです。