緩衝液のしくみについて

質問

リン酸一ナトリウム・二水和物とリン酸二ナトリウム・十二水和物の緩衝液に
ついてなのですが、どのようにしてｐHの変化が弱まるのかが良くわかりません。
わかりやすく教えてくださる方がいらしたらよろしくお願いします。

回答No.5

ryumu

みなさんが回答されてるので、一般的に・・・

分子ＸＨが緩衝能を持つには、水溶液中でＸＨもＸ-もある程度安定する必要があります。
すると、水溶液中では

　　　ＸＨ　＜－＞　Ｘ-　＋　Ｈ＋　

という平衡状態が存在することになります。この解離の程度は、Ｘ－（あるいはＸＨ）の水溶液中での安定度合いに依ります。
これを表す量として、よく解離定数Ｋ=［Ｘ－］［Ｈ＋］/［ＸＨ］が用いられますね（［Ａ］はＡの濃度を表す。活量は無視してます。）。

実は、この関係式が重要で、このＫの式の対数（１０を底）をとり、
ｐＨ＝-ｌｏｇ［Ｈ＋］、ｐＫ＝-ｌｏｇＫとおくと、

　　　ｐＨ＝ｐＫ＋ｌｏｇ［Ｘ-］/［ＸＨ］

という、有名な式になりますね（ヘンダーソン-ハッセルバルヒの式）。
これより、もし［Ｘ-］～［ＸＨ］という（両者の濃度がほぼ近い）状況になると

　　　ｐＨ～ｐＫ＋ｌｏｇ１＝ｐＫ＝一定

となります。この場合、酸あるいはアルカリの滴下によって［Ｘ-］と［ＸＨ］に少々差が生じても、効くのはｌｏｇ［Ｘ-］/［ＸＨ］の値なので、結果的にpH変化が小さいことになります。
そしてまた、［Ｘ-］と［ＸＨ］の差が大きすぎると緩衝能がなくなるのもこれよりわかりますね。

回答No.4

rei00

皆さんの回答の通りなんですが，思い切って簡略化した回答をしてみます。

まづ，水和している水は水溶液の緩衝作用には関係ありませんから，リン酸一ナトリウムとリン酸二ナトリウムの溶液について考えます。

この溶液のリン酸塩に関する平衡は　H2PO4(-) ⇔ HPO4(2-) + H+　です。

ここで，この溶液中に酸性の物質（H+）を入れたとします。すると，上記の平衡が左へ移って新たに入ってきた H+ を消費してしまいます。この時，新たに入ってきた酸の量は緩衝液中のリン酸一ナトリウムやリン酸二ナトリウムの量に比べると微量ですので，それらの量にはほとんど変化がないと考えても構いません。

逆に，塩基性の物質が入ってきた時は，上記の平衡が右へ移ってその塩基を消費してしまいます。この場合も，上と同じ理由で緩衝液中のリン酸一ナトリウムやリン酸二ナトリウムの量はほとんど変化しないと考えても構いません。

この様に，緩衝液中のリン酸一ナトリウムやリン酸二ナトリウムが新たに入ってきた酸や塩基を消費してしまうため，ほとんど pH の変化が起こらないわけです。

なお，これはかなり簡略化した考え方ですので，研究や仕事の上で必要な知識でしたら，この程度の事は MiJun さん御指摘の成書か分析化学の教科書などで勉強された方が良いと思います。

回答No.3

HIMADESU

DENDEN_KEIさんの答えがほぼ正解ですね。リン酸というのは、水素を三つ持っていて、それが全部水素イオンとなってｐＨを下げる事ができるのです。ところが、１個目の水素イオンは比較的外れ易いのですが、２個目、３個目となるに従って外れにくくなります。水素イオンが外れにくいということは、酸性が弱いことになります。
　さらに緩衝液に使われるリン酸一ナトリウムというのは、１個目の水素イオンがナトリウムになっているため、常に１個目が外れている形になります。ですから、残りの２個の水素イオンは外れにくい事になります。リン酸二ナトリウムというのは、２個分の水素イオンがナトリウムになっているため、さらに水素イオンが外れにくくなっています。ですから、酸性が非常に弱くなっているわけです。
　尚、２水和物、１２水和物というのは、結晶の時に結晶内に水（結晶水）を持っている意味ですので、緩衝液のような水溶液になった場合は、関係ありません。固体のモル数から重量を計算する時だけ、気にする必要があるだけです。

回答No.2

noname#211914

直接的な回答ではありませんが、「緩衝液」に関しては、
以下の成書が参考になります。
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緩衝液の選択と応用 水素イオン・金属イオン 　Ｄ．Ｄ．ペリン，Ｂ．デンプシー∥著　　辻啓一∥訳
出版地　：東京
出版者　：講談社
出版年月：１９８１．１
資料形態：１７５ｐ 　２１ｃｍ 　２０００円
原書名　：Ｂｕｆｆｅｒｓ　ｆｏｒ　ｐＨ　ａｎｄ　ｍｅｔａｌ　ｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ．
件名　　： 水素イオン／ 金属イオン
内容　　： 文献：ｐ１６６～１７０
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良く纏まってますので。

ご参考まで。

回答No.1

denden_kei

化学屋さんではないので詳しいことはわかりませんが。
緩衝液とは、pHが変化したときにそれを打ち消す方向に平衡移動が生じる、というものだったと思います。
たぶんpH変化にしたがい、電離しているNa+やりん酸イオンの濃度が変化するんだと思います。