酸塩基反応

気体の塩酸とアンモニア（塩基）の反応で白色の塩化アンモニウムが生成されるビデオ

化学において、酸塩基反応は酸と塩基の間で起こる化学反応です。滴定によってpHを測定するために用いられます。反応機構に関する代替的な概念と、関連する問題の解決への応用を提供する理論的枠組みはいくつかあり、これらは酸塩基理論と呼ばれ、例えばブレンステッド・ローリー酸塩基理論などが挙げられます。

これらの概念の重要性は、気体または液体の酸塩基反応を解析する場合、あるいは酸または塩基の性質があまり明確でない場合に明らかになります。これらの概念の最初のものは、1776年頃にフランスの化学者アントワーヌ・ラボアジエによって提唱されました。 ^{[ 1 ]}

酸塩基反応モデルは互いに補完し合う理論として考えることが重要です。^{[ 2 ]}例えば、現在のルイスモデルは酸と塩基の定義が最も広く、ブレンステッド・ローリー理論は酸と塩基の定義のサブセットであり、アレニウス理論は最も制限的です。アレニウス理論では、酸は溶液中の水素イオン（H ₃ O ⁺または H ^{+ ）の濃度を高める物質です。塩基は溶液中の水酸化物イオン（OH -} ）の濃度を高める物質です。しかし、アレニウスの定義は水中にある物質にのみ適用されます。

酸塩基の定義

歴史的発展

酸塩基反応の概念は、1754年にギヨーム＝フランソワ・ルーエルによって初めて提唱されました。彼は「塩基」という言葉を化学に導入し、酸と反応して固体（塩）となる物質を意味しました。塩基は、自然界では主に苦味を帯びています。^{[ 3 ]}

ラヴォアジエの酸の酸素説

酸と塩基に関する最初の科学的概念は、1776年頃にラヴォアジエによって提供されました。ラヴォアジエの強酸に関する知識は、主に、酸素に囲まれた高い酸化状態にある中心原子を含む傾向がある、HNO ₃ (硝酸) やH ₂ SO ₄ (硫酸)などのオキソ酸に限定されており、また、彼はハロゲン化水素酸( HF、HCl、HBr、HI )の真の組成を認識していなかったため、酸をその中の酸素含有量で定義し、実際、彼はギリシャ語で「酸形成物」を意味する言葉 (ギリシャ語のὀξύς (oxys) 「酸の、鋭い」とγεινομαι (geinomai) 「生み出す」に由来) から酸素と名付けました。ラヴォアジエの定義は、1810年の論文とハンフリー・デービー卿の講義で硫化水素（H ₂ S）、テルル化水素（H ₂ Te）、ハロゲン化水素酸に酸素が存在しないことを証明するまで、30年以上にわたって有効でした。しかし、デービーは新しい理論を展開することができず、「酸性度は特定の元素物質に依存するのではなく、様々な物質の特殊な配置に依存する」と結論付けました。^{[ 4 ]}酸素理論の注目すべき修正の一つは、イェンス・ヤコブ・ベルセリウスによって提示されました。彼は、酸は非金属の酸化物であり、塩基は金属の酸化物であると述べました。   

リービッヒの酸の水素理論

1838年、ユストゥス・フォン・リービッヒは、酸とは水素を金属で置換できる水素含有化合物であると提唱した。^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}この再定義は、リービッヒによる有機酸の化学組成に関する広範な研究に基づいており、デイビーによって始められた酸素系酸から水素系酸への学説の転換を完了させた。リービッヒの定義は完全に経験的なものであったが、アレニウスの定義が採用されるまでほぼ50年間用いられ続けた。^{[ 8 ]}

アルレニウスの定義

スヴァンテ・アレニウス

酸と塩基の分子レベルでの最初の現代的な定義は、スヴァンテ・アレニウスによって考案されました。^{[ 9 ] [ 10 ]}これは酸の水素理論であり、1884年にフリードリヒ・ヴィルヘルム・オストワルドと共同で水溶液中のイオンの存在を確立した研究から生まれたもので、アレニウスが1903年にノーベル化学賞を受賞するきっかけとなりました。

アルレニウスの定義によれば:

• アルレニウス酸は水中でイオン化して水素陽イオン（H ⁺）を形成する物質である。 ^{[ 11 ]}つまり、酸は水溶液中のH ^{+イオンの濃度を増加させる。}

これにより、水のプロトン化、つまりヒドロニウム（H ₃ O ⁺ ）イオンが生成されます。^{[注 1 ]}そのため、現代では、裸のプロトンは水溶液中に自由種として存在しないことがわかっているため、記号H ⁺はH ₃ O ⁺の略記として解釈されます。^{[ 14 ]}これは、溶液の酸性度または塩基性度を測定するために pH指示薬によって測定される種です。

• アルレニウス塩基は、水中で解離して水酸化物( OH ⁻ ) イオンを形成する物質です。つまり、塩基は水溶液中のOH ^{−イオンの濃度を増加させます。}

アレニウスによる酸性とアルカリ性の定義は水溶液に限定されており、ほとんどの非水溶液には当てはまらず、溶媒イオンの濃度を参照する。この定義によれば、純粋な_硫酸と_塩酸をトルエンに溶解したものは酸性ではなく、溶融NaOHとカルシウムアミドを液体アンモニアに溶解したものはアルカリ性ではない。この定義に基づき、これらの非水溶液における例外を説明するために、ブレンステッド・ローリー理論とそれに続くルイス理論が開発された。^{[ 15 ]}

酸と塩基の反応は中和反応と呼ばれます。この反応の生成物は塩と水です。 $${\displaystyle {\text{酸}}\ +\ {\text{塩基}}\ \longrightarrow \ {\text{塩}}\ +\ {\text{水}}}$$

この伝統的な表現では、酸塩基中和反応は二重置換反応として定式化されます。例えば、塩酸（HCl）と水酸化ナトリウム（NaOH）溶液の反応では、塩化ナトリウム（NaCl）といくつかの追加の水分子の溶液が生成されます。 $${\displaystyle {\ce {HCl_{(aq)}{}+ NaOH_{(aq)}-> NaCl_{(aq)}{}+ H2O}}}$$

この式における修飾語 ( aq ) は、アレニウスによって暗黙的に与えられたものであり、明示的に含まれているわけではありません。これは、物質が水に溶解していることを示しています。HCl、NaOH、NaCl の 3 つの物質はいずれも純粋な化合物として存在できますが、水溶液中ではH ⁺、 Cl ⁻、 Na ⁺、OH ⁻という水和イオンに完全に解離します。

例：ベーキングパウダー

ベーキングパウダーは、パンやケーキの生地を膨らませるために使われ、無数の微細な二酸化炭素の泡を発生させます。ベーキングパウダーは、重曹（炭酸水素ナトリウム、NaHCO ₃ ）と混同しないでください。ベーキングパウダーは、重曹（炭酸水素ナトリウム）と酸性塩の混合物です。泡が発生するのは、ベーキングパウダーを水と混ぜると、炭酸水素ナトリウムと酸性塩が反応して二酸化炭素ガスが発生するためです。

市販のベーキングパウダーでも自家製のベーキングパウダーでも、その配合原理は同じです。酸塩基反応は一般的に次のように表すことができます。^{[ 16 ]}

$${\displaystyle {\ce {NaHCO3 + H+ -> Na+ + CO2 + H2O}}}$$

実際の反応は、酸が複雑なため、より複雑です。例えば、炭酸水素ナトリウムとリン酸一カルシウム（Ca(H ₂ PO ₄ ) ₂ ）から出発すると、以下の化学量論に従って二酸化炭素が生成されます。^{[ 17 ]}

$${\displaystyle {\ce {14 NaHCO3 + 5 Ca(H2PO4)2 -> 14 CO2 + Ca5(PO4)3OH + 7 Na2HPO4 + 13 H2O}}}$$

リン酸一カルシウム（MCP）は、家庭用ベーキングパウダーによく使われる酸成分です。

典型的な配合（重量比）では、重炭酸ナトリウム30%、リン酸一カルシウム5～12% 、硫酸アルミニウムナトリウム21～26%が用いられる。市販のベーキングパウダーでは、 2つの酸性成分のうち1つとして、硫酸アルミニウムナトリウムの代わりに酸性ピロリン酸ナトリウムが使用される場合がある。このような配合によく使用されるもう一つの酸は、酒石酸の誘導体である酒石酸クリーム（KC ₄ H ₅ O ₆ ）である。^{[ 17 ]}

ブロンステッド・ローリーの定義

ヨハネス・ニコラウス・ブロンステッドとトーマス・マーティン・ローリー

1923年にデンマークのヨハネス・ニコラウス・ブロンステッドとイギリスのマーティン・ローリーによって独立に定式化されたブロンステッド・ローリーの定義^{[ 18 ] [ 19 ]}は、酸の脱プロトン化による塩基のプロトン化、つまり酸が水素陽イオン（H ⁺）（別名プロトン） を塩基に「供与」し、塩基がそれを「受容」する能力に基づいている。^{[ 20 ] [注2 ]}

酸塩基反応とは、酸からプロトンが1つ引き抜かれ、塩基にプロトンが付加される反応である。^{[ 21 ]}酸からプロトンが1つ引き抜かれると、共役塩基（酸からプロトンが1つ引き抜かれたもの）が生成される。塩基がプロトンを受け取ると、共役酸（塩基にプロトンが1つ付加されたもの）が生成される。

これまでの定義とは異なり、ブレンステッド–ローリーの定義は、塩と溶媒の形成ではなく、酸から塩基へのプロトンの移動によって生成される共役酸と共役塩基の形成を指します。 ^{[ 11 ] [ 20 ]}このアプローチでは、酸と塩基は、デバイ、オンサガー、その他の理論に従う電解質として見られる塩とは挙動が根本的に異なります。酸と塩基は反応して塩と溶媒を生成するのではなく、新しい酸と新しい塩基を形成します。したがって、中和の概念は存在しません。^{[ 4 ]}ブレンステッド–ローリーの酸–塩基の挙動は正式には溶媒から独立しているため、アルレニウスモデルよりも包括的です。アルレニウスモデルによるpHの計算は、水（水溶液）に溶解したアルカリ（塩基）に依存していました。ブロンステッド・ローリーモデルは、不溶性溶液と可溶性溶液（気体、液体、固体）を使用して pHテストできる範囲を拡張しました。

ブレンステッド・ローリーの定義による酸塩基反応の一般式は次のとおりです。 ここで、HA は酸、B は塩基、BH ⁺は B の共役酸、A ⁻は HA の共役塩基を表します。 $${\displaystyle {\ce {HA + B -> BH+ + A-}}}$$

たとえば、水溶液中の塩酸(HCl)の解離に関するブレンステッド-ローリー モデルは次のようになります。 $${\displaystyle {\underset {\text{酸}}{{\ce {HCl_{\,}}}}}\ +\ {\underset {\text{塩基}}{{\ce {H2O}}}}\quad {\ce {<=>}}\quad {\underset {{\text{抱合体}} \atop {\text{酸}}}{{\ce {H3O+}}}}\ +{\underset {{\text{抱合体}} \atop {\text{塩基}}}{{\ce {Cl_{\,}-}}}}}$$

HClからH ⁺を除去すると、酸の共役塩基である塩化物イオンCl ⁻が生成されます。H ₂ O（塩基として作用）にH ⁺を加えると、塩基の共役酸で あるヒドロニウムイオンH ₃ O ^{+が生成されます。}

水は両性 、つまり酸としても塩基としても作用します。ブレンステッド・ローリー模型はこれを説明しており、水が低濃度のヒドロニウムイオンと水酸化物イオンに解離することを示しています。 $${\displaystyle {\ce {H2O + H2O <=> H3O+ + OH-}}}$$

この方程式は以下の画像に示されています。

ここで、1 つの水分子は酸として作用し、H ⁺を供与して共役塩基OH ⁻を形成し、もう 1 つの水分子は塩基として作用し、H ⁺イオンを受け取り、共役酸H ₃ O ⁺を形成します。

水が酸として作用する例として、ピリジンの水溶液、C ₅ H ₅ Nを考えてみましょう。 $${\displaystyle {\ce {C5H5N + H2O <=> [C5H5NH]+ + OH-}}}$$

この例では、水分子は、ピリジン分子に供与される水素陽イオンと水酸化物イオンに分割されます。

ブレンステッド・ローリーモデルでは、アルレニウスの酸塩基モデルで必要とされるように、溶媒は必ずしも水である必要はありません。例えば、酢酸（CH ₃ COOH ）が液体アンモニアに溶解するとどうなるかを考えてみましょう。 $${\displaystyle {\ce {CH3COOH + NH3 <=> NH4+ + CH3COO-}}}$$

酢酸からH +イオンが除去され、共役塩基である酢酸イオンCH 3 COO − が形成される。^溶媒中のアンモニア_分子に^H +^イオンが付加すると、共役酸であるアンモニウムイオンNHが生成される。+4。

ブレンステッド・ローリーモデルでは、水素を含む物質（HClなど）を酸と呼びます。そのため、 SO ₃やBCl ₃など、多くの化学者が酸と考えていた物質は、水素を含まないためこの分類から除外されます。ギルバート・N・ルイスは1938年に、「酸のグループを水素を含む物質に限定することは、酸化剤という用語を酸素を含む物質に限定するのと同じくらい化学の体系的な理解を著しく阻害する」と書いています。^{[ 4 ]}さらに、KOHとKNH ₂はブレンステッド塩基ではなく、OH ^-とNHを含む塩とみなされます。⁻ ₂。

ルイスの定義

アルレニウスとブレンステッド・ローリーの水素の必要性は、1923年にギルバート・N・ルイスによって考案された酸塩基反応のルイス定義によって取り除かれました。 ^{[ 22 ]}これはブレンステッド・ローリーと同じ年ですが、ルイスによって詳しく説明されたのは1938年でした。^{[ 4 ]}ルイス定義では、酸塩基反応をプロトンやその他の結合物質で定義するのではなく、塩基（ルイス塩基と呼ばれる）を電子対を供与できる化合物、酸（ルイス酸）をこの電子対を受け取ることができる化合物と定義しています。^{[ 23 ]}

たとえば、三フッ化ホウ素BF ₃は典型的なルイス酸です。これはオクテットに空孔を持っているため、電子対を受け取ることができます。フッ化物イオンは完全なオクテットを持っているため、電子対を供与できます。したがって、 典型的なルイス酸、ルイス塩基反応です。式AX ₃の第 13 族元素のすべての化合物は、ルイス酸として機能します。同様に、式DY ₃の第 15族元素の化合物、たとえばアミンNR ₃やホスフィンPR ₃は、ルイス塩基として機能します。それらの間の付加物は、式X ₃ A←DY ₃を持ち、原子 A (アクセプター) と D (ドナー) の間に、記号で ← と示される配位共有結合があります。式DX ₂の第 16 族化合物もルイス塩基として機能する場合があります。このように、エーテル（R ₂ O）やチオエーテル（R ₂ S）のような化合物はルイス塩基として作用します。ルイス塩基の定義はこれらの例に限定されません。例えば、一酸化炭素は三フッ化ホウ素と付加物を形成し、式F ₃ B←COで表される場合、ルイス塩基として作用します。 $${\displaystyle {\ce {BF3 + F- -> BF4-}}}$$

金属イオンを含む付加物は配位化合物と呼ばれ、各配位子は金属イオンに電子対を供与します。^{[ 23 ]}この反応は 、より強い塩基（アンモニア）がより弱い塩基（水）を置換する酸塩基反応として見ることができます。 $${\displaystyle {\ce {[Ag(H2O)4]+ + 2 NH3 -> [Ag(NH3)2]+ + 4 H2O}}}$$

ルイスとブレンステッド・ローリーの定義は、どちらの理論でも反応は酸塩基反応である ため、互いに一致しています 。$${\displaystyle {\ce {H+ + OH- <=> H2O}}}$$

溶媒系の定義

アレニウスの定義の限界の一つは、水溶液への依存である。エドワード・カーティス・フランクリンは1905年に液体アンモニア中の酸塩基反応を研究し、水に基づくアレニウス理論との類似点を指摘した。アルバート・F・O・ゲルマンは、液体ホスゲン、COClを用いて研究を行った。₂1925年に溶媒ベースの理論を定式化し、それによってアルレニウスの定義を非プロトン性溶媒にまで一般化した。^{[ 24 ]}

ゲルマンは、多くの溶液には中性溶媒分子と平衡状態にあるイオンが存在することを指摘しました。

• ソルボニウムイオン：陽イオンの総称。ソルボ酸とも呼ばれる。^{[ 25 ]}プロトン化された溶媒では、リオニウムイオンとなる。
• 溶媒和イオン：陰イオンの総称。溶媒和塩基とも呼ばれる。^{[ 25 ]}溶媒から脱プロトン化された場合は、溶質イオンとなる。

たとえば、水とアンモニアは、それぞれヒドロニウムと水酸化物、アンモニウムとアミドに解離します。 $${\displaystyle {\begin{aligned}{\ce {2 H2O}}&{\ce {\, <=> H3O+ + OH-}}\\[4pt]{\ce {2 NH3}}&{\ce {\, <=> NH4+ + NH2-}}\end{aligned}}}$$

いくつかの非プロトン性システムもこのような解離を起こす。例えば、四酸化二窒素はニトロソニウムと硝酸塩に、^{[注3 ]}三塩化アンチモンはジクロロアンチモニウムとテトラクロロアンチモネートに、ホスゲンはクロロカルボキソニウムと塩化物に分解する。 $${\displaystyle {\begin{aligned}{\ce {N2O4}}&{\ce {\, <=> NO+ + NO3-}}\\[4pt]{\ce {2 SbCl3}}&{\ce {\, <=> SbCl2+ + SbCl4-}}\\[4pt]{\ce {COCl2}}&{\ce {\, <=> COCl+ + Cl-}}\end{整列}}}$$

溶媒和イオンの濃度を上昇させ、溶媒和イオンの濃度を低下させる溶質は酸と定義されます。溶媒和イオンの濃度を上昇させ、溶媒和イオンの濃度を低下させる溶質は塩基と定義されます。

したがって、液体アンモニアでは、KNH ₂（NH−2）は強塩基であり、NH ₄ NO ₃（NH+4）は強酸である。液体二酸化硫黄（SO ₂）では、チオニル化合物（SO ²⁺を供給）は酸として作用し、亜硫酸塩（SO2−3）は塩基として動作します。

液体アンモニア中の非水性酸塩基反応は水中での反応と似ています。 $${\displaystyle {\begin{aligned}{\underset {\text{base}}{{\ce {2 NaNH2}}}}+{\underset {{\text{amphiphilic}} \atop {\text{amide}}}{{\ce {Zn(NH2)2}}}}&\longrightarrow {\ce {Na2[Zn(NH2)4]}}\\[4pt]{\underset {\text{acid}}{{\ce {2 NH4I}}}}\ +\ {\ce {Zn(NH2)2}}&\longrightarrow {\ce {[Zn(NH3)4]I2}}\end{aligned}}}$$

硝酸は液体硫酸中で塩基となり得る。 この定義のユニークな強みは、非プロトン性溶媒中、例えば液体N ₂ O ₄中での反応を記述する際に発揮される。 $${\displaystyle {\underset {\text{base}}{{\ce {HNO3}}}}+{\ce {2 H2SO4 -> NO2+ + H3O+ + 2 HSO4-}}}$$

$${\displaystyle {\underset {\text{base}}{{\ce {AgNO3}}}}+{\underset {\text{acid}}{{\ce {NOCl_{\ }}}}}\longrightarrow {\underset {\text{solvent}}{{\ce {N2O4}}}}+{\underset {\text{salt}}{{\ce {AgCl_{\ }}}}}}$$

溶媒系の定義は溶媒自体だけでなく溶質にも依存するため、特定の溶質は溶媒の選択に応じて酸にも塩基にもなり得る。例えば、HClO ₄は水中では強酸、酢酸では弱酸、フルオロスルホン酸では弱塩基である。この理論の特徴は長所にも短所にもなり得る。なぜなら、SO ₃やNH ₃などの一部の物質は、それ自体が酸性または塩基性であると見られるからである。一方で、溶媒系理論は一般化しすぎて役に立たないという批判もある。また、水素化合物には本質的に酸性の性質があると考えられてきたが、これは非水素系ソルボニウム塩には見られない性質である。^{[ 4 ]}

ルクス・フラッドの定義

この酸塩基理論は、1939年にドイツの化学者ヘルマン・ルクス^{[ 27 ] [ 28 ]}によって提唱された酸と塩基の酸素理論の復活であり、 1947年頃にホーコン・フラッド^{[ 29 ]}によってさらに改良され、現代の地球化学や溶融塩の電気化学で今でも用いられています。この定義では、酸は酸化物イオン（O2−）の受容体、塩基は酸化物イオンの供与体として説明されています。例えば、次のようになり^{ます。 [ 30 ]}$${\displaystyle {\begin{array}{ccccl}_{\text{(base)}}&&_{\text{(acid)}}\\[4pt]{\ce {MgO}}&+&{\ce {CO2}}&\longrightarrow &{\ce {MgCO3}}\\[4pt]{\ce {CaO}}&+&{\ce {SiO2}}&\longrightarrow &{\ce {CaSiO3}}\\[4pt]{\ce {NO3-}}&+&{\ce {S2O7^2-}}\!\!&\longrightarrow &{\ce {NO2+ + 2 SO4^2-}}\end{array}}}$$

この理論は、希ガス化合物、特にキセノン酸化物、フッ化物、オキソフッ化物の反応の体系化にも役立ちます。 ^{[ 31 ]}

ウサノビッチの定義

ミハイル・ウサノビッチは、酸性を水素含有化合物に限定しない一般理論を開発したが、1938年に発表された彼のアプローチはルイス理論よりもさらに一般的なものであった。^{[ 4 ]}ウサノビッチの理論は、酸を負の種を受け入れるか正の種を与えるものと定義し、塩基をその逆と定義する、と要約できる。これにより、酸化還元（酸化還元）の概念は酸塩基反応の特殊なケースとして定義された。

ウサノビッチ酸塩基反応の例には次のものがあります。 $${\displaystyle {\begin{array}{ccccll}_{\text{(base)}}&&_{\text{(acid)}}\\[4pt]{\ce {Na2O}}&+&{\ce {SO3}}&\longrightarrow &{\ce {2Na+{}+\ SO4^{2}-}}&{\text{(species exchanged: }}{\ce {O^{2}-}}{\text{anion)}}\\[4pt]{\ce {3(NH4)2S}}&+&{\ce {Sb2S5}}&\longrightarrow &{\ce {6NH4+{}+\ 2SbS4^{3}-}}&{\text{(species exchanged: }}{\ce {3S^{2}-}}{\text{ anions)}}\\[4pt]{\ce {2Na}}&+&{\ce {Cl2}}&\longrightarrow &{\ce {2Na+{}+\ 2Cl-}}&{\text{(species exchanged: 2 electrons)}}\end{array}}}$$

ルイス酸塩基相互作用の強さの合理化

HSAB理論

1963年、ラルフ・ピアソンは「硬い酸塩基と柔らかい酸塩基の原理」として知られる定性的な概念を提唱しました。^{[ 32 ]}この概念は後に1984年にロバート・パーの協力を得て定量化されました。 ^{[ 33 ] [ 34 ]}「硬い」とは、小さく、高い電荷状態を持ち、分極性が弱い化学種を指します。「柔らかい」とは、大きく、低い電荷状態を持ち、分極性が強い化学種を指します。酸と塩基は相互作用し、最も安定した相互作用は硬い-硬い、そして柔らかい-柔らかいです。この理論は有機化学と無機化学で応用されています。

ECWモデル

ラッセル・S・ドラゴによって作成されたECWモデルは、ルイス酸塩基相互作用の強度（−Δ H）を記述し予測する定量モデルです。このモデルは、多くのルイス酸とルイス塩基にEパラメータとCパラメータを割り当てました。それぞれの酸はE _AとC _{Aで特徴付けられます。それぞれの塩基も同様に}E _BとC _Bで特徴付けられます。EパラメータとCパラメータは、酸と塩基が形成する結合の強度に対する静電的寄与と共有結合的寄与を表します。式は以下のとおりです。 $${\displaystyle -\Delta H=E_{\rm {A}}E_{\rm {B}}+C_{\rm {A}}C_{\rm {B}}+W}$$

W項は、二量体酸または二量体塩基の開裂などの酸塩基反応における一定のエネルギー寄与を表す。この式は、酸と塩基の強度の反転を予測する。この式のグラフ表示は、ルイス塩基強度またはルイス酸強度に単一の順序がないことを示す。^{[ 35 ]}

酸塩基平衡

強酸と強塩基の反応は本質的に定量的な反応である。例えば、 $${\displaystyle {\ce {HCl_{(aq)}{}+ Na(OH)_{(aq)}-> H2O + NaCl_{(aq)}}}}$$

この反応では、ナトリウムイオンと塩化物イオンは中和反応に 関与しないため、傍観者となります。弱塩基の場合、酸の添加は定量的ではありません。なぜなら、弱塩基の溶液は緩衝溶液だからです。弱酸の溶液も緩衝溶液です。弱酸が弱塩基と反応すると、平衡混合物が生成されます。例えば、アデニン（AHと表記）は、リン酸水素イオン（HPO）と反応します。$${\displaystyle {\ce {H + OH- -> H2O}}}$$ 2−4。 $${\displaystyle {\ce {AH + HPO4^2- <=> A- + H2PO4-}}}$$

この反応の平衡定数は、アデニンとリン酸二水素イオンの酸解離定数から導き出すことができます。 $${\displaystyle {\begin{aligned}\left[{\ce {A-}}\right]\!\left[{\ce {H+}}\right]&=K_{a1}{\bigl [}{\ce {AH}}{\bigr ]}\\[4pt]\left[{\ce {HPO4^2-}}\right]\!\left[{\ce {H+}}\right]&=K_{a2}\left[{\ce {H2PO4-}}\right]\end{aligned}}}$$

[X]という表記は「Xの濃度」を表します。これらの2つの式から水素イオン濃度を消去して結合すると、平衡定数Kの式が得られます。 $${\displaystyle \left[{\ce {A-}}\right]\!\left[{\ce {H2PO4-}}\right]=K{\bigl [}{\ce {AH}}{\bigr ]}\!\left[{\ce {HPO4^2-}}\right];\quad K={\frac {K_{a1}}{K_{a2}}}}$$

酸-アルカリ反応

酸-アルカリ反応は酸-塩基反応の特殊なケースであり、使用される塩基もアルカリです。酸がアルカリ塩（金属水酸化物）と反応すると、金属塩と水が生成されます。酸-アルカリ反応は中和反応でもあります。

一般的に、酸とアルカリの反応は次のように簡略化できる。

${\displaystyle {\ce {OH_{(aq)}- + H+_{(aq)}-> H2O}}}$

観客イオンを省略することによって。

酸は一般的に、水素イオン（H ⁺）を含む、または溶液中で水素イオンを生成する純物質です。塩酸（HCl）と硫酸（H ₂ SO ₄）が一般的な例です。水中では、これらは以下のイオンに分解されます。

${\displaystyle {\begin{aligned}{\ce {HCl}}&\longrightarrow {\ce {H_{(aq)}+ {}+ Cl_{(aq)}-}}\\[4pt]{\ce {H2SO4}}&\longrightarrow {\ce {H_{(aq)}+ {}+ HSO4_{\,(aq)}-}}\end{aligned}}}$

アルカリは水中で分解され、溶解した水酸化物イオンを生成します。

${\displaystyle {\ce {NaOH -> Na^+_{(aq)}{}+ OH_{(aq)}-}}}$ 。

参照

• 酸塩基滴定
• 脱プロトン化
• ドナー番号
• 電子配置
• ガットマン・ベケット法
• ルイス構造
• 求核置換反応
• 中和（化学）
• プロトン化
• 酸化還元反応
• 共鳴（化学）

注記

1. 最近のIUPACの勧告では、ブレンステッド・ローリーや溶媒系の定義で定義されているような反応機構をより明確に説明するために、より新しい用語である「ヒドロニウム」 ^{[ 12 ]}を、より古くから受け入れられている用語である「オキソニウム」 ^{[ 13 ]}の代わりに使用することが推奨されており、アレニウスの定義は酸塩基特性の簡単な概要として役立つ。 ^{[ 11 ]}
2. 「原子核からの陽子の除去と追加は起こりません。酸の解離に必要なエネルギーよりもはるかに多くのエネルギーが必要になります。」
3. 純粋なN ₂ O _{4 は}このような溶解を起こさない。しかし、分極した化合物と混合すると導電性を示し、これがこのような平衡状態の確立に対応すると考えられている。 ^{[ 26 ]}

参考文献

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出典

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• Miessler, GL; Tarr, DA (1991).無機化学.

外部リンク

• 酸塩基生理学– オンラインテキスト
• John W. Kimball のオンライン生物学書の酸と塩基のセクション。