水(みず)の電離(でんり)平衡(へいこう)と水(みず)のイオン積(せき)

化学(かがく)基礎(きそ)では、純粋(じゅんすい)な水(みず)がごくわずかに電離(でんり)し、[H⁺]＝[OH⁻]＝1.0×10⁻⁷mol/Lになることを学(まな)んだ。この電離(でんり)は一方向(いちほうこう)には進(すす)みきらず、H₂O⇄H⁺＋OH⁻のように電離(でんり)する反応(はんのう)と戻(もど)る反応(はんのう)がつり合(あ)った状態(じょうたい)、つまり水(みず)の電離(でんり)平衡(へいこう)になっている。

この平衡(へいこう)での[H⁺]と[OH⁻]の積(せき)は水(みず)のイオン積(せき)Kwと呼(よ)ばれ、$K_w=[\mathrm{H^+}][\mathrm{OH^-}]$と書(か)く。25℃では$K_w=1.0\times10^{-14}$（mol/L)²で、純粋(じゅんすい)な水(みず)なら[H⁺]＝[OH⁻]＝1.0×10⁻⁷mol/Lなので確(たし)かに1.0×10⁻⁷×1.0×10⁻⁷＝1.0×10⁻¹⁴になる。

Kwの値(あたい)が重要(じゅうよう)なのは、純粋(じゅんすい)な水(みず)だけでなく、酸性(さんせい)・塩基(えんき)性(せい)のどんな水溶液(すいようえき)でも温度(おんど)が同(おな)じなら成(な)り立(た)つ点(てん)だ。酸(さん)を加(くわ)えると[H⁺]は増(ふ)えるが[OH⁻]は減(へ)り、塩基(えんき)を加(くわ)えると[OH⁻]は増(ふ)えて[H⁺]は減(へ)る。どちらの場合(ばあい)も積(せき)は変(か)わらずKwのままになる。

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0.010mol/Lの水酸化(すいさんか)ナトリウムNaOH水溶液(すいようえき)のpH(ピーエイチ)を求(もと)めよう。NaOHは強塩基(きょうえんき)で化学(かがく)基礎(きそ)と同(おな)じく電離(でんり)度(ど)1とみなせるので、[OH⁻]＝0.010＝1.0×10⁻²mol/Lになる。

ここに$K_w=[\mathrm{H^+}][\mathrm{OH^-}]$を使(つか)うと、$[\mathrm{H^+}]=K_w\div[\mathrm{OH^-}]=1.0\times10^{-14}\div1.0\times10^{-2}=1.0\times10^{-12}$mol/Lとなり、1.0×10⁻ⁿのnを読(よ)んでpH(ピーエイチ)＝12が分(わ)かる。

[OH⁻]を10⁻ⁿmol/Lの形(かたち)で表(あらわ)したときのnをpOHと呼(よ)ぶ考(かんが)え方(かた)を使(つか)えば、pOH＝2なので、pH(ピーエイチ)＋pOH＝14からpH(ピーエイチ)＝14−2＝12と求(もと)めることもできる。

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水(みず)の電離(でんり)平衡(へいこう)は、電離(でんり)する速(はや)さと戻(もど)る速(はや)さがつり合(あ)うところで止(と)まっている状態(じょうたい)だ。酸(さん)や塩基(えんき)を加(くわ)えてどちらかのイオン（新しいタブで開きます）が増(ふ)えても、同(おな)じ温度(おんど)では電離(でんり)と再(さい)結合(けつごう)のつり合(あ)いの位置(いち)が変(か)わるだけで、[H⁺]と[OH⁻]の積(せき)という関係(かんけい)そのものは保(たも)たれる。

そのためKwは水溶液(すいようえき)の種類(しゅるい)や濃度(のうど)にかかわらず、温度(おんど)だけで決(き)まる定数(ていすう)だ。温度(おんど)が上(あ)がると水(みず)の電離(でんり)がわずかに進(すす)みやすくなり、Kwの値(あたい)も大(おお)きくなる（この単元(たんげん)では25℃のKwだけを扱(あつか)う）。

この「[H⁺]と[OH⁻]の積(せき)がどんな水溶液(すいようえき)でも一定(いってい)」という考(かんが)え方(かた)は、このあとの弱酸(じゃくさん)・弱塩基(じゃくえんき)の電離(でんり)定数(ていすう)（新しいタブで開きます）や、塩(えん)の加水(かすい)分解(ぶんかい)（新しいタブで開きます）、緩衝(かんしょう)液(えき)（新しいタブで開きます）のpH(ピーエイチ)を求(もと)めるときにも使(つか)う基本(きほん)になる。