プロトン均衡・電荷均衡式の立て方がわかりません…。

質問

プロトン均衡・電荷均衡式をつくるときの考え方がさっぱり理解できません…。
どんな風に考えていけばいいかを教えてください!!
よろしくお願いします。

回答No.1

neta · ベストアンサー

電荷均衡式については、たとえば NaHCO3 水溶液を例にとると、
「溶液内の総電荷は常に0(中性)」である事実に基づいて、
溶液内に存在するすべてのイオンを考慮して、
(正電荷の総和)=[H^+]+[Na^+]=[HCO3^-]+2[CO3^2-]+[OH^-]=(負電荷の総和)
[CO3^2-]については「-2」の電荷を持つので係数は2になります。
同様に CH3COOH 水溶液の場合は、[H^+]=[CH3COO^-]+[OH^-]
CH3COONa 水溶液の場合は、[H^+]+[Na^+]=[CH3COO^-]+[OH^-]
H3PO4 水溶液の場合は、
[H^+]=[H2PO4^-]+2[HPO4^2-]+3[PO4^3-]+[OH^-] のようになります。

お礼

どうもありがとうございます!!
ちょっと考えてみます。

回答No.3

neta

補足ですが、プロトン均衡式は「質量均衡式」を使って
「電荷均衡式」から「不変な要素」を消去しても機械的に得られます。
例えば「NaHCO3」の場合だと、
電荷均衡式：[H^+]+[Na^+]=[HCO3^-]+2[CO3^2-]+[OH^-]
質量均衡式：[Na^+]=[H2CO3]+[HCO3^-]+[CO3^2-]=C(初濃度)
電荷均衡式から[Na^+]を消去すると、
[H^+]+([H2CO3]+[HCO3^-]+[CO3^2-])=[HCO3^-]+2[CO3^2-]+[OH^-]
まとめると、[H^+]+[H2CO3]=[CO3^2-]+[OH^-]
プロトン均衡式になります。

お礼

機械的にプロトン均衡式が出せるんですね!!
どうもありがとうございました!!

回答No.2

neta

ANo1ですが「プロトン均衡式」の方は「電荷均衡式」から、
「不変な要素」を取り去った式と考えられます。
先のNaHCO3の例だと[Na^+]が「不変」なのが分かりますよね。
これは「H^+(プロトン)の授受」について考慮した均衡式です。
まず溶液内にはH2Oがありますが、H^+を取り去るとOH^-になります。
このように基本となる物質から、H^+が「取れて」生じる物質を「右辺」に足し、
H^+を「与えて」生じる物質：H3O^+(H^+)を「左辺」に足していきます。
するとまず、[H^+]=[OH^-] になりますね。
次にHCO3^-に対してH^+を1つ与えるとH2CO3になり、1つ取り去るとCO3^2-になるので式は結局、
[H^+]+[H2CO3]=[CO3^2-]+[OH^-] となる訳です。
同様にNa2HPO4については、HPO4^2-を基本として考えて、
[H^+]+2[H3PO4]+[H2PO4^-]=[PO4^3-]+[OH^-] となりますが、
HPO4^2-に対してH^+を2つ与えてH3PO4が生じるので係数は2になります。
Na^+はH^+の授受には無関係なので式に含まれない訳です。
「不変な要素」がない場合は電荷均衡式と同じ式になります。
例えば CH3COOHやH3PO4 の場合などが当てはまりますね。
後はこれと「質量均衡式」と「質量作用則」を組み合わせて
使うのが一般的ですが、電荷均衡式とプロトン均衡式のどちらを
使うかは自由です。