質問: 緩衝作用 c[mol/l]の酢酸水溶液1lに、s[mol]の酢酸ナトリウムを混入した場合、この水溶液における酸の電離度をαとしたときの各分子、イオンのモル濃度 (1)ch3coona → ch3coo- + na+ s[mol/l] s[mol/l] s[mol/l] (2)ch3cooh ⇔ ch3coo- + h+ c(1-α) cα[mol/l] cα[mol/l] ch3coonaの電離により生じたch3coo-の存在により、(2)の平衡はかなり左に移動し、電離度αは非常に小さくなっているから、 [ch3cooh]=c(1-α)≒c[mol/l] [ch3coo-]=s+cα≒s[mol/l] (2)の平衡は、(1)の電離で生じたch3coo-の存在のもとでも成立し、化学平衡の法則が成り立つ。酢酸の電離定数をkaとすると、 [h+]=[ch3cooh]/[ch3coo-]*ka≒c/s*ka (3) となり、 ph=-log[h+]=-log(c/s*ks)=-logka-log(c/s) (4) この水溶液に少量の酸を加えると、(2)の平衡は左に移動。移動による濃度変化をδx[mol/l]とすれば、(4)からphは ph=-logka-log((c+δx)/(s-δx)) c>>δx,s>>δxのとき、上式は(4)にほぼ等しい。 この最後の式のδxを足したり引いたりしている式についてなんですが、 (2)が左か右かというのは電離しているかどうかの違いであって、それが濃度cにどのように影響を与えるのか、うまくイメージできません。また、分子と分母の増減の度合いっていうのは、まったく同じ量δxであらわせるものなのでしょうか?
回答: ph=-logka-log((c+δx)/(s-δx)) この式のc+δxは、cがδxだけ増えるという意味ではありません。s-δxも同様です。 これは、(3)の式とつながっています。 [h+]=[ch3cooh]/[ch3coo-]*ka 少量の酸を加える前は、 [ch3cooh]≒c [ch3coo-]≒s だった。そこに少量の酸を加えたことにより、[ch3coo-]の一部が[h+]と反応して[ch3cooh]になった。その濃度変化をδxとすれば、 [ch3cooh]≒c+δx [ch3coo-]≒s-δx したがって、 [h+]=[ch3cooh]/[ch3coo-]*ka≒(c+δx)/(s-δx)*ka ⇒ph=-logka-log((c+δx)/(s-δx)) となります。