質問: 化学phについて ph2の塩酸を水で薄めると、そのphは大きくなる についてなんですけど、 なんで水で薄めることができるんですか? 水ならh+もoh-も持ってるからh+の数は変わらないと思ったのですが...
回答: h^+の濃度、oh^-の濃度の積が一定になるというのは習いませんでしたか。 [h^+][oh^-]=10^-14(mol/l)^2・・・式(1) という式は出てきませんでしたか。 水はいくら電離しても生じるh^+とoh^-の数はいつも同じですから[h^+]=[oh^-]のはずですね。 したがって水しかないのであれば、式(1)から[h^+]=[oh^-]=10^-7 mol/lになります。 水の量が多くなっても濃度は変わりません。だから等しいという関係を保ったまま数だけがどんどん大きくなるのです。入れた塩酸の量は変わらないのですから塩酸に由来するh^+の数は一定です。水で薄めると濃度はどんどん小さくなっていきます。 初め1lあったとしましょう。 ph=2ですから[h^+]c=10^-2 mol/l(塩酸の意味でcをつけました) 水を加えて10lにしたとします。 [h^+]c=10^-3 mol/l になります。水の電離で生じたイオンの濃度をx=[h^+]w=[oh^-]wとします。 水中に存在するh^+の全濃度は [h^+]=[h^+]c+[h^+]w=x+10^-3・・・式(2) ですから積が一定になるという式に入れると x(x+10^-3)=10^-14・・・式(3) これはxについての2次方程式ですから解くことができますね。 ルートの値を丁寧に計算しなくてもx<10^-7 になることはすぐにわかるのではないでしょうか。 水が電離することによる[h^+]の増加はあってもいつも10^-7よりも小さいのです。したがって水を加えていくときに起こる[h^+]の変化は[h^+]cの変化だけで考えていってもかまわないだろうということが出てきます。ただ[h^+]cの値が10^-6 mol/lぐらいになってくると水の電離の影響が出てくるだろうということもまたわかりますので[h^+]の値が知りたいときは丁寧に計算しないといけないだろうということも理解しておく必要があります。 上に書いた >ph=2ですから[h^+]c=10^-2 mol/l(塩酸の意味でcをつけました) という文章もすでに水の電離の影響は考えなくてもいいだろうという判断を使っているのです。 ph=2から出てくるのは本当は[h^+]=10^-2 mol/l のはずですね。 こういう風なことはphの話が出てきた時に授業で一度は説明しておくべきことなはずです。でも現実にはあまりキチンとは説明されていないのではないでしょうか。だからあちこちで躓くのです。 水溶液中の水素のイオン濃度は式(2)にあるように [h^+]=[h^+]c+[h^+]w です。式(3)からわかることですがこの値は常に10^-7よりも大きいです。 「ph=3の塩酸を水で10万倍に薄めたらph=8になる」というのが正誤問題として出ているのを見ますからこれが正しいと思っている高校生がかなりいるということです。「なぜだめなのですか」という質問が質問サイトにも出てきています。 危険物取扱者の資格試験の問題の中にも出てきていますます。 「phがnの溶液を水で10000倍に薄めるとphはいくらになるか」という問題で選択肢の(n+4)を選ばすようになっています。甲種でも乙種でもです。危険物取扱者の資格は国家資格です。こんな程度のレベルなんです(甲種の試験を受けてみようと思って問題を調べていたのですが、あほらしくなってやめました。「ナトリウムがアルコールと反応するのはアルコールには水が含まれているからである」という解説にもあきれました。高校の化学のレベル以下なのです)。