課題名発表者氏名担当教諭希薄溶液の pH に及ぼす大気の影響について岡本鈴木暁長寿粕谷祐樹１．目的希薄溶液では大気雰囲気中で測定した pH をもとに電離定数などを計算すると、その値が理論値と大きな差がでることがある。私たちはこの pH の変化をもたらす原因が大気中の成分にあると考え、どのような物質がどのくらい影響するかを調べ考察した。２．方法（１）大気雰囲気中で超純水の pH の変化を調べた。（２） 0.1,0.01,0.001 mol/L の酢酸水溶液の pH の変化を調べた。（３） 0.1,0.01,0.001 mol/L の酢酸ナトリウム水溶液の pH の変化を調べた。（４） 0.1,0.01,0.001 mol/L のアンモニア水溶液の pH の変化を調べた。（５） 0.1,0.01,0.001 mol/L の塩化アンモニウム水溶液の pH の変化を調べた。（６）上記と同様に、窒素雰囲気中で超純水、 0.001mol/L 酢酸ナトリウム、 0.001mo/L 図 1 窒素雰囲気中での測定塩化アンモニウム水溶液の pH の変化の測定も行った。３．結果 9 9 8 8 超純水大気中酢酸Na 0.01 7 7 酢酸Na 0.001 6 6 酢酸 0.1 pH pH 酢酸Na 0.1 超純水窒素雰囲気中 5 酢酸 0.01 5 酢酸 0.001 4 4 0 10 20 時間[min] 30 3 2 0 図 2 水の pH の変化 10 20 30 時間[min] 図図 3 酢酸・酢酸ﾅﾄﾘｳﾑ水溶液の pH の変化・図 2 のように、大気雰囲気と窒素雰囲気では超純水の pH に変化が見られ、窒素雰囲気では pH 約 6.5 で安定し、大気雰囲気では pH 約 5.6 で安定した。・酢酸ナトリウム水溶液では、溶液の濃度が低いほど pH の変化が大きく見られた。・酢酸水溶液では、どの濃度でも pH の変化はあまり見られなかった。表1　大気雰囲気における測定結果および計算結果（大気雰囲気　32.0℃）酢酸 [CH3COOH]= 溶液濃度[mol/L] pH 0.1 2.68 0.1029 Kh － mol/L Ka 4.242E-05 [CH3COONa]= 0.09532 mol/L 酢酸ナトリウム溶液濃度[mol/L] pH Kh Ka 0.1 8.04 1.261E-11 7.928E-04 0.01 6.20 2.635E-14 3.795E-01 0.001 6.07 1.448E-13 6.905E-02 表2　窒素雰囲気における測定結果および計算結果（窒素雰囲気　26.5℃） Kw（26.5℃）= 1.118E-14 酢酸 [CH3COOH]= 0.1029 mol/L 溶液濃度[mol/L] pH Kh Ka pKa 0.1 2.78 － 2.677E-05 4.57 理論値(25℃,イオン強度0.1) 2.754E-05 4.56 [CH3COONa]= 0.09532 mol/L 酢酸ナトリウム溶液濃度[mol/L] pH Kh Ka 0.001 7.80 4.177E-10 2.677E-05 ・表 1 のように大気雰囲気で酢酸及び酢酸ナトリウム水溶液の pH から算出した加水分解定数、電離定数の値はすべてばらばらで一定の値にはならなかった。・窒素雰囲気で酢酸及び酢酸ナトリウム水溶液の pH から算出した電離定数の値は理論値とほぼ一致した。 pKa 4.57 ４．考察・大気雰囲気中では、炭酸ガスが水溶液中にとけ込んで電離し、 pH 約 5.6 で平衡状態になるといわれているため、 pH が約 5.6 で安定したと考えられる。・酢酸ナトリウム水溶液の濃度が低いほうがより影響を受けたのは、酢酸ナトリウムが電離して生じる酢酸イオンの加水分解により生じる水素イオンの濃度よりも炭酸ガスが溶け込むことにより存在する水素イオンの量が多い状態になっているため、加水分解しにくい状況になったからだと考えられる。・大気雰囲気中での酢酸、酢酸ナトリウムの電離定数、加水分解定数の値が一致しなかったにもかかわらず、窒素雰囲気でその値がほぼ一致したことからやはり大気中の炭酸ガスの影響が主原因であると考えられる。・窒素雰囲気ではじめに pH が少し下がってから安定したという現象がすべての溶液に見られた。これについては、炭酸ガスではない何か他の原因があると考えられる。５．今後の課題・窒素雰囲気中での測定にもかかわらず塩化アンモニウムの測定値と理論値との間に比較的大きな差があったのは、炭酸ガスによる影響ではない他の原因があると考えられるので、その原因を追求する。６．参考文献化学便覧改訂 3 版基礎編Ⅱ 丸善