pH ピーエイチ 水素イオン指数 power of Hydrogen

pH(ぴーえいち)のまとめです。pHはpower of Hydrogenの略で、水素イオン指数のことです。わかりやすくいえば、どれだけ水素イオンが溶けているか、数値によって表すのがpHです。

pHの数値は0--14までありpH7が中性、pHが7より小さくなるほど酸性が強く、pHが7より大きくなるほどアルカリ性が強くなります。


【化学教材】
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【科目】
化学(化学基礎＋理論化学)

【領域】
pH・電解質・電離・イオン積$K_w$の計算

【単元】

【カリキュラム】
公立高校化学＋大学受験化学

【教材プリントダウンロード】

【対象生徒】
化学初心者・公立高校・中高一貫校・大学受験生

【対応試験】
大学入学共通テスト(旧センター試験)
難関国立大学（東大・京大・旧帝大）
難関私立大学（慶応・早稲田・MARCH）

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【電解質】

物質には、水に溶ける物質(水溶性)と水に溶けない物質(不溶性)があります。

水に溶けて、水中で電気を通す物質を、電解質(でんかいしつ)と呼びます。

電解質は、水中でプラスかマイナスの電気を帯びてイオン(ion)と呼ばれる状態になります。

電解質が水中でイオンとなることを電離(でんり)と呼びます。


【水素イオン】

水は電離すると、水素イオン(${H}^{+}$)と水酸化物イオン(${OH}^{-}$)になります。

水素イオン濃度と水酸化物イオン濃度を掛けると、常に一定という法則があります。

水素イオン濃度＝[${H}^{+}$]
水酸化物イオン濃度＝[${OH}^{-}$]
とおくと

[${H}^{+}$]$\times$[${OH}^{-}$]
＝$1.0\times10^{-14}$

が成立します。

$1.0\times10^{-14}$の値をイオン積(いおんせき)と呼びます。

イオン積は記号で$K_w$と書かれます。

$K_w$＝$1.0\times10^{-14}$

イオン積の単位は$(mol/L)^2$で
通常は$25^\circ$Cで計算します。



【水素イオン濃度】

水素イオン濃度は
$1.0\times10^{-4}$や
$1.0\times10^{-7}$や
$1.0\times10^{-9}$と書けば
相手に伝えることができます。

しかし、水素イオン濃度はよく用いられるので、もう少し短い記号で表現したくなります。

そこで水素イオン濃度の指数だけに注目して、表現します。

$1.0\times10^{-4}$なら$-4$
$1.0\times10^{-7}$なら$-7$
$1.0\times10^{-9}$なら$-9$

そしてマイナスだと見にくいので、マイナスを取ります。

$1.0\times10^{-4}$なら$-4\times(-1)$＝４
$1.0\times10^{-7}$なら$-7\times(-1)$＝７
$1.0\times10^{-9}$なら$-9\times(-1)$＝９

この値をpHと呼びます。

$1.0\times10^{-4}$なら$-4\times(-1)$＝pH４
$1.0\times10^{-7}$なら$-7\times(-1)$＝pH７
$1.0\times10^{-9}$なら$-9\times(-1)$＝pH９

pHは、水素イオン濃度をより直観的にわかりやすくします。



【pHとは】
pHはpower of Hydrogenの略で、水素イオン指数のことです。わかりやすくいえば、どれだけ水素イオンが溶けているか、数値によって表すのがpHです。

pHは英語読みでは「ピーエイチ」です。ドイツ語読みでは「ペーハー」です。両方が用いられています。



【pHの計算】

pHは対数です。

pHが１上がると、水素イオン濃度は１０分の１倍になります。
pHが１下がると、水素イオン濃度は１０倍になります。

pHの数学的な定義は以下になります。

pH＝$-log_{10}$[${H}^{+}$]
水素イオン濃度＝[${H}^{+}$]

【pHの意味】
pHの数値は0--14まであります。pH7が中性です。

水素イオンが多く溶けていると、pHが下がり、PHが7より小さくなるほど酸性が強くなります。

水素イオンが少なく溶けていると、pHが上がり、PHは7より大きくなるほどアルカリ性が強くなります。

【問題演習　pHの計算】

水溶液のpHについて、以下の問題に答えなさい。

１：水のイオン積$K_w$を書きなさい。

２：水素イオン濃度が$1.0\times10^{-3}$の時、水溶液のpHはいくらですか。

３：水酸化物イオン濃度が$1.0\times10^{-3}$の時、水溶液のpHはいくらですか。

３：pH７がpH５に変化すると、水溶液中の水素イオン濃度は何倍になりますか。




【問題演習　pHの計算　解答解説】

水溶液のpHについて、以下の問題に答えなさい。

１：水のイオン積$K_w$を書きなさい。
$K_w$＝$1.0\times10^{-14}$
$(mol/L)^2$　($25^\circ$C)


２：水素イオン濃度が$1.0\times10^{-3}$の時、水溶液のpHはいくらですか。
pH＝$-log_{10}1.0\times10^{-3}$＝３


３：水酸化物イオン濃度が$1.0\times10^{-3}$の時、水溶液のpHはいくらですか。
$K_w$＝$1.0\times10^{-14}$
なので
[${H}^{+}$]を水素イオン濃度
[${OH}^{-}$]を水酸化物イオン濃度
とすると

$K_w$＝[${H}^{+}$]$\times$[${OH}^{-}$]
なので
$1.0\times10^{-14}$＝[${H}^{+}$] $\times$ $1.0\times10^{-3}$

[${H}^{+}$]=$1.0\times10^{-11}$

PH=$-log_{10}1.0\times10^{-11}$＝１１


４：pH７がpH５に変化すると、水溶液中の水素イオン濃度は何倍になりますか。

pH７の時の水素イオン濃度は
$1.0\times10^{-7}$

pH５の時の水素イオン濃度は
$1.0\times10^{-5}$

よって
$1.0\times10^{-5}$ $\div$ $1.0\times10^{-7}$
＝１００倍