溶液の混合とpH

質問

異なるpHの二つの溶液を混合したときに、元の溶液のpHだけで、混合された溶液のpHを計算できますか。

できないはずです。

しかし、このカテゴリーで、pHを計算してあげて、それで納得して終了しているケースが何回かあります。

皆さんは、どのようにお考えですか。

もし、私の考えが間違っているのなら、教えてください。

（実際に実験してみれば、すぐに分かることだと思います。
例えば、緩衝液とそうでないものの混合と、そうでないもの同士の混合では、混合液のpHは異なります）

回答No.7

ht1914

＃３です。

塩酸であるとか水酸化ナトリウムであるとかの断りがない場合には解く事が出来ないというご意見だと思っていました。もっともだと思っていました。

でも＃５での補足を拝見するとそうではないようですね。自然界には弱酸ばかりなのに小数の強酸を例にとって計算しているのはおかしいというご意見のようです。でも強酸という基準があるから弱酸の意味が分かるのです。自然界に数が少なくてもあるからこそ基準にすることが出来たのです。物理での摩擦のない状態は作る事が出来ません。空気の影響のない状態も作る事が出来ません。基準系の設定が出来なければ運動の解析は出来ないのです。基準が決まれば摩擦も考察の対象になります。空気の影響も考察できます。ニュートンは実際に摩擦のない状態を作って体系を作ったのではありません。思考によって設定したのです。第一法則はそのためのものです。

私は授業で、摩擦のない状態はないのに「摩擦はないものとする」としているのは計算を簡単にするためだけではない、基準を決めるためなのだ、摩擦がないとしたときの運動が分かっていなければ摩擦の大きさがどれくらいか分からない事になると言ってきました。

摩擦というと静止摩擦力しかイメージできない人がいます。運動摩擦も静止摩擦と同じようなものと思っている方が多いです。でも運動摩擦は運動の中でしか分かりません。摩擦がないとしたときの運動と実際の運動の差として分かります。データブックやメータで分かると思っている生徒が多いので困りました。

おまけですが私は問題の中の注で「空気抵抗は考えない」とは書いていません。「空気の影響は考えない」と書いています。空気は何時も邪魔だけをするのではないだろう、紙飛行機は空気があるからあれだけ良く飛ぶのだといいます。さらに「良く飛ぶというのは何と比較しての言葉か」という質問も出します。此処で基準が出てきます。ゴルフのボールも空気のせいでよく飛びます。ボールの表面のくぼみの効果です。

効果が小さいから無視するというのではありません。基準さえ決めれば影響が大きいか小さいかは各自で知る事が出来るようになるのです。

ｐＨの意味を強酸、強塩基を使わずに導入する方法が分かりません。当然電離度が必要な弱酸で導入する事も出来ません。メータで測ると考えておられるのかなと思いました。

緩衝溶液という言葉をよく使われています。「緩衝」とはどんな意味でしょう。強酸や強塩基をくわえたときのｐＨの変化の様子が分かっているからそれと比較して変化が小さくなっているという判断が出来るのではないでしょうか。さらにそれが弱酸の１／２中和点付近のｐＨの変化から来るものだという事も発展的に出てきます。

大きな基準から入っていかずにいきなり個別の物質に目がいくと簡単な間違いをしてしまいます。前にあった質問の中でのｍａｔａｏｙｕ様の解答に「うすいＮａＯＨでｐＨ＝４の溶液を作る」という表現がありました。ミスタイプかなと思って「作る事は出来ない」という指摘だけにしておいたのですが。でも今は「作る事が出来る」と思っておられるのかもしれないなと思い始めました。

回答No.6

mojitto

質問者様の考え方はとんでもないと思いますよ。

物理学の問題で実際の誤差がそんなにないなんて、ことはないですよ。
高圧送電線のロスを考えたことはありますか？高圧でもなお、とんでもない電力をロスしていますよ。
身の回りを例にとるなら、落下の問題の空気抵抗など最たるもので、同じ大きさでも鉄球とピンポン玉が真空中でなければいかに落下速度が違うか、想像に難くないでしょう。形状が違えば、自由落下の式などあってないようなものです。
私はスペースワープ(二本のレールの上を鉄球が走る遊具)を趣味で作成していますが、ループを作る際のループ径は落差の半分程度が定石です。実際の物理学でもこんなに差があるのです。

この誤差が無視できるなど物理学への冒涜だと思います。

あくまで基礎固めの計算問題に「自然界では」というのはおかしいでしょう。

ピタゴラスが数学を開花させてから、自然科学ではあらゆる出来事は条件をシンプルにすると、数式での法則で解決できると考えられています。
それを学んで「自然界」を学ぶべきでしょう。
順番を経ずにあなたのいう自然界の弱酸を理解することはできないのではないのでしょうか。

回答No.5

mojitto

＃２です。
確かに見解の相違と言われたらそれまでですね。

では極端に条件を絞った問題をすることが、それほど大問題なのでしょうか？
物理学の問題は真空中、摩擦係数０、導線の抵抗０、自然放電なし、なんて表記すらない問題は多数ありますよね。あなたも高校時代に解いたことと思います。質問者様はその仮定も否定なさるのでしょうか。
算数の問題だってA地点からB地点まで一定速度、直線距離で歩くことを前提に計算させていますよね。赤信号や加速度すら無視です。

実際は単純でないから計算は適さないと言われると、自然科学の計算問題はほとんどできなくなってしまいます。
例に挙げた算数の仮定だらけの問題も解いたからこそ、実生活での移動時間の『目算』に役立つのです。

今回の問題もpKaがあればもちろん答えは違いますが、表記がない以上『計算問題』では完全乖離と考えるのが自然ではないのでしょうか。
(たぶん、実際の問題では「塩酸」と書いてあったり完全乖離するなどは書いてあると思いますし、質問者が緩衝と言う言葉を知っていて、問題にpKaが書いてあれば質問文に出てくるはずです。)⇒これはあくまで仮定なのですが。

このような仮定だらけの計算問題の積み重ねによって、いずれはpKaも含めて計算できるようになるのです。しかしそれすらも、実際には空気中の二酸化炭素などで値は違ってきます。

あなたが
http://oshiete1.goo.ne.jp/qa2524111.html​
で言われているような仮定のほうが計算問題として無茶だと思いますよ。(そんな仮定があるなら必ず表記があるはず)

それに化学では事前計算もなしに『実際にやってみなくちゃわからない』発想ほど恐いものはないと思います。
実際とは違えど近い値に見当をつけるのは大事なことではないですか？

補足

回答をありがとうございました。

拝見して、わたしとの違いが何であるかが分かったように思います。

ただし、わたしは、誤差程度や近似を無視することには、あなたと同じに、かまわないと思っています。

物理的な問題では、ほとんどの場合、条件を無視しても、それ程大きな誤差が出ないものですから、そのような条件は無視してもかまわないと思います。

しかし、酸や塩基の場合、自然界の身の回りには、一価の強酸や強塩基はまったくなくて、弱酸、弱塩基ばかりです。
実験などでは、強酸や強塩基をよく使いますが。

ですから、一価の強酸や強塩基はなくて、弱酸、弱塩基の場合という仮定を取り去って、教えたりすることは、自然界を間違って捉えさせることになると、私は思います。

弱酸などでは、無視できない違いが出て来ます。

回答No.4

noname#70621

http://oshiete1.goo.ne.jp/qa2524111.html
http://oshiete1.goo.ne.jp/qa2524857.html

などの事を指してらっしゃるのだと思います。

この場合問題になっているのは酸の種類、塩基の種類が明らかになっていない事にあるんではないでしょうか。双方とも乖離定数の非常に高いという場合を除き、質問者様のおっしゃっている通り書き込まれている方法でのpHの計算はできません。

しかし、元々の質問をした方の意図を考えると乖離定数が非常に高い場合のみを想定しているとも考えられるため、pHを計算してあげて納得というのもあながちおかしいとも言えない気がします。

なお、実際に実験してみれば分かるとの指摘通り、大気中の二酸化炭素の溶け込みや、酸・塩基の濃度による活量の変化、共存・共通イオン効果等々があるので計算値と実測値はほとんどの場合ズレます。

結局、元々の質問をした方が聞きたかったの事をどう捉えるかなので、誰が間違ってるとかの問題ではないのではないでしょうか？

回答No.3

ht1914

薄めたり、混ぜたりした場合、用いる酸の種類によってｐＨの値は変わってくるというのは大事な事です。

最近はｐＨの値と意味の練習の場合の問題では「塩酸である」とか「水酸化ナトリウムである」と断っている場合が多いと思います。

強酸または強塩基であるとことわってあればｐＨ＝－ｌｏｇ［Ｈ＋］とするだけで計算可能です。後は中性付近での水の電離を考慮するという注意だけになります。
弱酸の場合は電離度のデータが必要です。弱い酸の塩が入っている場合も要注意でしょう。（ｐＨ＝３の酢酸を水で１００倍に薄めた場合、ｐＨは５よりも小さいです。）

ただ此処に出てくる質問の場合、元々の問題文の中に「塩酸である」と書いてあっても塩酸を落として書いてしまうという例もあると思います。酸の種類によって結果が変わるという事を知らなければ書かなくてもいい事だと思ってしまうからです。その場合は答える側で注意して補ってやればいいのではないでしょうか。高校の化学では緩衝溶液は出てきません。

回答No.2

mojitto

たぶん、少し前に私が回答をした問題に対する苦情だと思います。

もちろん正確に計算できない(質問者様の例はまさにその典型ですね)と思いますが、当時の質問者様の意図が『数式で回答を』とのことでしたので、そのように対処しました。
タイトルも『pHの問題について』とのことですので、実際にその問題を見たわけではありませんが、そのことについては対処済み(緩衝の影響なし)だと思い込んでいました。()
とはいえ、回答に際して緩衝作用に触れなかったことは失敗だと思っています。

扱うものの緩衝作用をほぼ無視できると判断できる場合、計算問題や実験前の計算として使うのであれば問題はないと考えています。
それに緩衝液を作るにしてもまず計算しますよね？
実際に実験をしてpHを計るのも大事ですが、およその値を計算できるスキルも大事だと思うのですが…

回答No.1

noname#160321

回答は極端に条件を絞った上でのことです。
おっしゃるとおり緩衝液で濃度が高ければ緩衝液の効果で変化は小さいでしょうが、それでは「計算問題の演習」にはなりません。
そもそも出題する人の意志が緩衝溶液を意識していると考えられない場合は、単純な酸濃度で計算するのが適切であるはずです。
m(_ _)m

補足

他の方への回答も含まれています。
ここに、まとめて書かせていただきます。
手抜きをして申し訳ありません。

極端に条件を絞った上でのこととしては、一応は、分かりますが、実際の場合には、計算に合わないことの方が多いでしょう。

そのような計算を、させること自体に、問題があると、わたしは思うのです。
もし極端な場合は、その条件を明示するべきだと思います。
計算のような科学的な問題には科学的な条件を付けるべきかと。

もとろん、高校程度の問題でしたら、多少の省略は許されるとは思いますけれど、今回の件に関しては、許されざる省略と思います。
見解の相違と言われれば、どうしようもありませんが。

わたしが高校の教師なら、二つのpHの異なった溶液を混合した場合のpHを計算することは、単純ではないので、計算しない方がいいと言い、問題は出しません。

なお、緩衝液は、分かりやすいように例を挙げただけです。

二つのpHの間、あるいは近くに、少なくとも一方の溶液のpKaがあれば、計算は単純ではありませんね。