水素イオン濃度とpH
カメレオン先生pHが1小さくなると水素イオン濃度は10倍。1.0×10⁻ⁿのnを読めばpHになるよ。
30秒でつかむ
- 水素イオン濃度[H⁺]が大きいほど酸性が強く、小さいほど塩基（新しいタブで開きます）性が強い。
- pHは水素イオン濃度を扱いやすい数にした指数で、7が中性（新しいタブで開きます）、7より小さいと酸性、大きいと塩基性を示す。
- 純粋な水はわずかに電離して[H⁺]＝[OH⁻]＝1.0×10⁻⁷mol/Lとなり、pHは7（中性）を示す。
詳しく
水素イオン濃度とpHの関係
水溶液（新しいタブで開きます）の酸性・塩基性の強さは、水素イオンの濃度である水素イオン濃度[H⁺]（単位mol/L）の大小で決まる。[H⁺]が大きいほど酸性が強く、小さいほど塩基性が強い。
[H⁺]は0.1や0.0001のように桁の違いが大きく、そのままでは比べにくい。そこで[H⁺]を1.0×10⁻ⁿmol/Lの形で表し、その指数nをpH（水素イオン指数）として使う。たとえば[H⁺]＝1.0×10⁻³mol/LならpH＝3で、[H⁺]が10倍になるとpHは1小さくなる。
水は水の電離によってごくわずかにH⁺とOH⁻を生じており、純粋な水では[H⁺]＝[OH⁻]＝1.0×10⁻⁷mol/Lで、pH＝7が中性になる。pHが7より小さければ酸性、7より大きければ塩基性を示す。
数学で対数を学ぶと、この関係はという1つの式にまとめられる。[H⁺]が1.0×10⁻ⁿの形にならないときのpHも、この式で求める。
例：電離度から[H⁺]とpHを求める
例1：0.10mol/Lの塩酸では、強酸のHClがほぼすべて電離する（電離度1）。[H⁺]＝0.10×1＝1.0×10⁻¹mol/Lなので、pHは1になる。
例2：0.10mol/Lの酢酸水溶液で、酢酸の電離度が0.010のとき、[H⁺]＝0.10×0.010＝1.0×10⁻³mol/Lとなる。この水溶液のpHは3だ。
1価の酸では、[H⁺]＝酸のモル濃度（新しいタブで開きます）×電離度で求められる。同じ0.10mol/Lでも、電離度の小さい酢酸は[H⁺]が塩酸の100分の1しかなく、pHは2大きい。
なぜpHという指数で表すのか
水溶液の[H⁺]は、強い酸性の水溶液では1mol/L近くになる一方、強い塩基性の水溶液では1.0×10⁻¹⁴mol/L近くまで小さくなり、桁が14も変わる。0.0000001のような小さな数をそのまま並べて比べるのは大変だ。
10の何乗かを表す指数nだけを取り出したpHなら、0〜14ほどの数で酸性・塩基性の強さを比べられる。pHが1違えば[H⁺]は10倍、2違えば100倍違う。
塩基性の水溶液でも[H⁺]は0にはならず、OH⁻が多いぶんH⁺がごくわずかになっている。[OH⁻]から[H⁺]を求めるしくみ（水のイオン（新しいタブで開きます）積）は、「化学」で学ぶ。
確認問題
確認問題（解答用紙）
スマホやタブレットで読み取ると、この問題をその場で解けます。
https://manazoo.com/science/hydrogen-ion-concentration-and-ph/?from=print#quiz
水素イオン濃度[H⁺]が10倍になると、pHはどう変化するか。
- ◯ 1大きくなる
- ◯ 変化しない
- ◯ 1小さくなる
- ◯ 10大きくなる
正解：1小さくなる
[H⁺]が10倍になると、1.0×10⁻³→1.0×10⁻²のように指数nが1小さくなるので、pHも1小さくなる。ある塩酸水溶液の水素イオン濃度が1.0×10⁻⁴mol/Lのとき、pHの値を求めよ。
答え：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
正解：4
[H⁺]＝1.0×10⁻⁴mol/Lは、1.0×10⁻ⁿの形でn＝4にあたるので、pH＝4。0.050mol/Lの酢酸水溶液で、酢酸の電離度が0.020であった。この水溶液のpHを求めよ。
答え：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
正解：3
[H⁺]＝酸のモル濃度（新しいタブで開きます）×電離度（新しいタブで開きます）＝0.050×0.020＝1.0×10⁻³mol/Lなので、pH＝3。同じモル濃度の塩酸と酢酸水溶液を比べたとき、pHが大きい（中性に近い）のはどちらか。
- ◯ 酢酸
- ◯ 比較できない
- ◯ 塩酸
- ◯ どちらも同じ
正解：酢酸
酢酸は弱酸で電離度が小さいため[H⁺]が塩酸より低く、pHは塩酸より大きな値になる。
単元のポイント
- 水素イオン濃度[H⁺] 水溶液1Lあたりに含まれる水素イオンの物質量（mol/L）
- pH [H⁺]＝1.0×10⁻ⁿmol/Lと表したときのn。値が小さいほど酸性が強い
- 中性（新しいタブで開きます） pH＝7で、水素イオン濃度と水酸化物イオン濃度が等しい状態
- 水の電離 水の一部がわずかにH⁺とOH⁻に分かれる現象
- 電離度と[H⁺] 1価の酸では、[H⁺]＝酸のモル濃度×電離度で求められる