イオン交換水中の炭酸イオンの中和方法について

質問

イオン交換水を用いてpH7の水をつくりたいと思っています。水は空気中の炭酸ガスが溶けていて、pHが約5.60程度になっています。
これをなにか塩基性の試薬(アンモニアや水酸化ナトリウムなど)で中和してpH7にしたいと思っています。
例えばイオン交換水1Lに対してアンモニアを何モル溶かせばpH7の水溶液が作れますか。

よろしくお願いします。

回答No.3

nious · ベストアンサー

#1です。

完全に追い出せるかどうかはやってみないと分かりません。

とりあえず、大気中のCO2で飽和した「弱酸性の水」をpH=7にする事を考えてみます：Kw=10^(-14)。

大気が25℃,1atmの時、CO2が飽和するとその濃度は [CO2]=1.02*10^(-5)M となり、
その結果pH≒5.7程度になります。

ここへNaOHを加えて溶液を「最終的にpH=7」にする場合を考えます。

※一時的にpH=7にしても再び大気中のCO2が溶けて下がってしまいます。

時間が経つと最終的には必ず[CO2]=1.02*10^(-5)M (定数)となります。

電荷収支から、[Na^+]=[HCO3^-]+2[CO3^2-]
[Na^+]=(K1[CO2]/[H^+])+2(K1K2[CO2]/[H^+]^2)

pH=7だから[H^+]=10^(-7)を代入すると、[Na^+]=4.56*10^(-5)M

計算上は、NaOHを1L当たり1.8mg加えると一時的にpH≒9.5迄上がりますが、
時間の経過と共に次第に下がり最後はpH=7に落ち着く筈です。

お礼

ありがとうございます。
とりあえず煮沸してみてpHを測ってみます。
もしくは真空引きして脱気するか、リン酸バッファー液を使用しようと思います。
水酸化ナトリウムを添加する場合には[Na^+]=4.56×10^-5mol/L添加すればpH７になるのですね。でも水酸化ナトリウムが[NaOH]→[Na+]+[OH-]に電離する場いいの電離度がわからなければなりませんね。
もっと勉強してみます。

回答No.4

c80s3xxx

煮沸で追い出せるかというと，じつは追い出せません．
100℃でも，CO2の溶解度は無視できないくらいあるからです．
なので，煮沸しつつ，窒素ガスでもバブリングして，そのまま窒素雰囲気で冷却すれば，CO2フリーにはなります．
しかし，それで pH7 になるかといえば，なりません．他の不純物がどうしても入るからです．

NaOH の電離度は1とみなしてかまいません．
ただし，そうやって中和している最中にも，CO2はさらに溶け込んでくるので，計算はできても実作業上には役立ちません．
pH7 が必要な実験であるなら，緩衝液しか現実的な選択肢はありません．

お礼

ありがとうございます。
たしかにN2バブリングはありですね。
N2雰囲気化で作業すると窒息するので、酸素ボンベが必要ですね(笑)

回答No.2

c80s3xxx

pHが5.6ということは，ほぼ空気飽和ということでしょう．
もちろん，アンモニアや水酸化ナトリウムを入れてpH7にすることはできないわけではありませんが，すぐにpHが変動してしまい，使い物にならないと思いますが．
作ったあと，どうしたいか，って話によりけりで，ほんとにpH7が必要なら，緩衝液を作るべきでしょう．
単なる計算問題なら，溶けているCO2を計算できるわけですから，ふつうに計算すればいいだけですが．

お礼

回答ありがとうございます。
確かにビュレットで滴定しながらpHをはかれば簡単なのですがめんどくさいので計算で簡単に求められたらいいなと思いまして。

>単なる計算問題なら，溶けているCO2を計算できるわけですから，ふつうに計算すればいいだけですが．

僕は化学専攻ではないので、どうやって計算するかわかりません。
よろしければご教授ください。

回答No.1

nious

煮沸してCO2を追い出した方が早いと思いますが。

お礼

回答ありがとうございます。
それで本当に追い出せるんですかね。