福島県教育センター所報ふくしま　No.43（S54/1979.10） -005/034page

小・中・高等学校教材

水溶液の酸性・アルカリ性とその測定

科学技術教育部　 佐　久　間　　善　克

　小学校6年生で「極めてうすい塩酸は，加熱しても特有な臭気を持つ塩化水素が発生しないし，金属を入れても目立った変化を示さない。水と区別する方法として何かないだろうか。」と問いかけている。
　そして，「青色リトマス紙に塩酸をつけてみよう。」として，リトマス紙で溶液を区別できることと，「塩酸は酸性を示す。」ことを導入している。酸・塩基の学習は，中学校・高等学校と拡充されていくが小学校6年生は，学習の導入部分に相当し大切なところである。酸・塩基の学習に関係したいくつかの問題を述べてみたい。

1　溶液の酸性・アルカリ性の表わし方と測定方法

　水自身は酸でも塩基でもなく中性であるが，極くわずかオキソニウムイオンH ₃ O ^＋ （以下簡単に水素イオンH ^＋ で表わす）と水酸化物イオンOH ⁻ が含まれている。それは水の中で次のように解離しているからである。
　2H ₂ 0　⇔　H ₃ 0 ^＋ ＋OH ⁻
　（H ₂ 0　⇔　H ^＋ ＋OH ⁻ ）
純水は中性なので，H ^＋ の数とOH ⁻ の数が等しく，次の関係が成り立っている。
　〔H ^＋ 〕＝〔OH ⁻ 〕＝　1.0×10 ^-7 M／l
　　但し，〔　〕の記号は濃度を示す。
更に，酸性，アルカリ性の溶液を問わず、水溶液中では常に次の関係式が成り立っている。
〔H ^＋ 〕・〔0H ⁻ 〕＝　1.0×10 ^-14 （M／l） ² 　（25℃）
水溶液中にH ^＋ が多くなれば酸性を示し，OH ⁻ が多くなればアルカリ性を示す。
　即ち
　　〔H ^＋ 〕＞　1.0×10 ^-7 ＞〔0H ⁻ 〕　酸性
　　〔H ^＋ 〕＜　1.0×10 ^-7 ＜〔0H ⁻ 〕　アルカリ性
の関係になっている。
　水素イオン濃度〔H ^＋ 〕が，1.0×10 ^-7 や1.0×10 ^-9 などと表わすのは複雑なので，水溶液中の水素イオン濃度の逆数の常用対数を求めて，その値をPHと表現し，水溶液の酸性，アルカリ性（これらを水溶液の液性と呼ぶことがある）の度合いを示すのに使っている。数学的には次のような関係になる。
　PH　＝　log(1/〔H ^＋ 〕)　＝　-log〔H ^＋ 〕　（1）
この定義に従えば，中性溶液ではPH＝7.0，PH＜7なら酸性溶液，PH＞7ならアルカリ性溶液になる。また数字が小さければ小さい程酸性が強く，反対に大きな数字程アルカリ性が強い。
　PHは0から14までの数値で示し，希薄溶液の液性を表わしたい時使用して，濃厚な溶液の時は用いない。しかし，2M−HClのPHは-0.3，4M−NaOHのPHは14.5と計算することはできる。
　溶液の液性は，PH試験紙，PH指示薬，PH計などを使って測定する。PH試験紙にはリトマス紙やBTB，（プロムチモールブルー），CR（クレゾールレッド），BCG（プロムクレゾールグリーン），MR（メチルレッド），TB（チモールブルー）などが多く使用され，指示薬としては，MO（メチルオレンヂ），BTB，PP（フェノールフタレイン）などが一般的である。

　　　　　　　　図1 試験紙・指示薬とPHの関係