酸の電離

質問

先日、弱酸遊離について質問させていただきました。
弱酸遊離の基本的な流れは大方理解できたのですが、
ひとつ、腑に落ちない点がありましたので、再度質問させていただきます。
なお、なるべく高校1年くらいでもわかるレベルでお願いします。

酸性物質が水に溶け電離する際、
その物質はイオンに分かれ片方がH^+に結合しますよね。
以前と同じCaCO3(炭酸カルシウム)を例にとってみると、

CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2CO3 (→H2O + CO2↑)

となるはずです。HClを入れる前、CaCO3 のイオンは水溶液中で
Ca^2+ と CO3^2- にわかれていると思います。
そこに強酸の HCl を入れると電離度が高い HCl は CaCO3 よりも
優先的に電離します。 H^+ と Cl^- となるわけですが
この後、一体どのイオンがどういった経緯で結びつき、
塩化カルシウムと炭酸を構成するのでしょうか。

はじめイオン化していたCaと後にいれられるClのイオン同士が
結合することはなんとなくわかりますが
特に炭酸を作る際の H^+ イオンの出所と、その結合の仕方(いつしたか等)
がわかりません。
お忙しいとは思いますが教えてください。よろしくお願いいたします。

回答No.3

stabilo555 · ベストアンサー

＞特に炭酸を作る際の H^+ イオンの出所と、その結合の仕方(いつしたか等)がわかりません。

・「H^+イオンの出所」：HClを溶液に入れると電離によってH^+ができます。このH^+が、水溶液中のCO3^2-と反応します。HCLを入れる前は溶液は中性なので、H^+は殆どありません。
・「いつしたか」というのは、その反応の速さによります。（すみませんが調べてません）速い反応だったら殆どのイオンがすぐ結合します。遅かったらなかなか結合しないイオンたちも出てきます。そんなかんじです。この弱酸の遊離の反応は比較的早く進むのではないでしょうか

＞ええと、遊離するのは炭酸ではなく二酸化炭素なのですか?

うーんと、これは同じようなものです。no.2のTacosanさんの回答とかぶりますが、
「水に溶けた二酸化炭素(H20+C02)」と「水分子と結合した二酸化炭素（炭酸:H2C03）」は、
ある一定の比を保って水溶液中に存在しているのです。（温度によってその割合は変わります）なので解りやすく書くと
2H^+ + CO3^2- →（H2O+CO2 または H2C03)
ここで右辺の分子たちの存在比はその温度によって変わります。
もしCO2の溶解度が限界を超えてしまったら、C02は水に溶けきれず、気体となって発生します(C02↑ということですね）
will-14さんが書いたように、必ずしも　H2O + CO2 → H2CO3 → H2O + CO2↑　と順番を追って反応が進むわけではないです。

＞はじめイオン化していたCaと後にいれられるClのイオン同士が結合することはなんとなくわかりますが
Ca^2+とCl-　は結合しませんよ。水溶液中でそれぞれイオンとなって存在しています。

長くなってしまいました。たぶんこんなかんじです。ご参考までに！

お礼

遅くなってしまい、申し訳ございません。
大変わかりやすい説明ありがとうございます。
塩化カルシウムが結合しないのは、電離しているから、ですよね？
すみません、水中であることを見落としていました。。
本当にありがとうございました。
皆様のおかげでなんとか、輪郭はつかめそうです。

回答No.2

Tacosan

一応「炭酸が遊離する」と言ってもいいんですが, 実際には炭酸のほとんどが「水に溶けた二酸化炭素」に変化します.
H2CO3 ⇔ H2O + CO3 の平衡定数は手元の資料によると 6×10^2 となってますので, 1個の炭酸があると 600個くらいの「水に溶けた二酸化炭素」がある, って感じ.
ちなみに H2CO3, HCO3^- の酸解離定数はそれぞれ 2.7×10^-4, 4.7×10^-11 なので H^+ があれば CO3^2- はほとんど HCO3^- になりますし, 同様に HCO3^- も H2CO3 になります.

お礼

返信、大変遅くなり申し訳ございません。
おかげさまで、疑問が少し晴れてきました。ありがとうございます。

回答No.1

Ichitsubo

炭酸カルシウムは溶解度が低く、水溶液中には微量にしかCa~2+もCO3^2-も存在していません。
しかしここは一般的に弱酸の遊離を説明するためにイオンで説明をします。

炭酸カルシウムが水に飽和しているのでCa~2+とCO3^2-が水溶液中にあります。ここに塩酸を加えるのでH^+とCl^-が加わりますが、ここで炭酸の電離
　H2O + CO2 ＝ 2H^+ + CO3^2-
の逆反応が進み、弱酸である二酸化炭素が遊離します。
また、水溶液ですのでCa^2+とCl^-は結びつかず溶けたままとなりますが(厳密に言うと炭酸カルシウムが溶け出す)、塩化カルシウムの水溶液と同じものになります。

補足

素早い返信、ありがとうございます。
ええと、遊離するのは炭酸ではなく二酸化炭素なのですか?
学校では炭酸が遊離すると習ったのですが…
根本から間違っていたんですね。ですが、そうすると
H2O + CO2 → H2CO3 → H2O + CO2↑
という遠まわしな炭酸の出来方に成りますが、これでいいのでしょうか。
イオン化した CO3^2- が溶液中のH20のH^+と結びつき、H2CO3^2-
になるのかなー、とも思っていたのですが、そうではないのでしょうか?
すみませんが、今一度、よろしくおねがいします。