質問: 緩衝液についての問題 「酢酸ナトリウムと酢酸を用いて、ph5.22、0.1mの酢酸緩衝液を1l作る。ただし、酢酸の酸解離定数は1.8^-5、pka=4.74とする。それぞれの試薬をどのくらい用いればよいか。ただし、酢酸ナトリウムの分子量は82、酢酸溶液は17.4mとする。また、log3≒0.48である」 という問題なのですが、何となくph=pka+log[a-]/[ha]の式を使う、というのはわかり、これとやや形の違う問題なら解けたのですが、どうもこの問題の形になると解き方がわかりません。みなさんにとっては簡単すぎる問題かもしれませんが、教えていただければ幸いです。
回答: hac ⇔ h+ + ac- naac → na+ + ac- (酢酸イオンch3coo-をac-と省略しています。) ここで注意することは、 酢酸hacは弱酸なので、水溶液中ではほとんどhacの形で存在し、ac-は無視できる。 酢酸ナトリウムnaacは塩なので、水溶液中で完全に電離し、すべてna+とac-というイオンの形で存在しnaacとしては存在しない。(←もちろん、溶解度を超えていない限り、です。) ということです。 したがって、緩衝液中で、 [hac]は加えた酢酸の初濃度に等しい。 [ac-]は加えた酢酸ナトリウムの濃度に等しい。(酢酸由来のac-は無視できる。) と見なすことができます。 そして、ph=pka+log([ac-]/[hac])の式に ph = 5.22、pka = 4.74 を代入すると、 log([ac-]/[hac]) = 0.48 となり、 [ac-]/[hac] = 10^(-0.48) = 1/3.02 これをどこまで近似化してよいのかが問題ですが、たぶん3.02を3としてしまって良いと思います。 (log3 = 0.48が与えられているのは、電卓を使わないで、手計算で上の計算ができるようにするためです。) 緩衝液の濃度は、共役酸(ここではhac)と共役塩基(ここではac-)の合計です。 したがって [hac] + [ac-] = 0.1m となります。 これと、上で求めた濃度比 [ac-]/[hac] = 1/3 を使えば、答えが出ると思います。 コーン・スタンプ「生化学」(東京化学同人)の第1章に、詳しい説明があります。 もし分かりにくかったら、補足質問してください。