NHK高校講座

福　「（真白い紙とスプレーボトルを見つけて）なんだこれ？ ここにスプレー？ ここに吹きかけるのかな？
（スプレーを吹きかけてみると）文字が浮かび上がってきた！ 『Q：酸と塩基が反応してできるモノって何？』クイズかぁ。」

福　「酸と塩基…酸の正体が水素イオン・H^＋で、塩基の正体が水酸化物イオン・ＯＨ⁻だから… あれっ？ （浮かび上がった）文字が消えかかってる！」

美樹　「福くん驚いたかな？ これは、酸と塩基の反応を利用した“化学マジック”なんだ。」

福　「ということは、種も仕掛けもあるってことだよね？」

美樹　「そう！ この文字は、フェノールフタレイン溶液で書いてあったんだ。だから、最初は透明で見えなかった。そして、そのスプレー容器には、ごく薄いアンモニア・ＮＨ_３水溶液が入っていた。」

福　「なるほど。アンモニア・ＮＨ_３は塩基で、フェノールフタレイン溶液を赤色に変えるから、文字が浮かび上がってきたってことだね。じゃあ、また文字が消えちゃったのはどうして？」

美樹　「アンモニア・ＮＨ_３が、空気中の二酸化炭素・ＣＯ２と中和して、塩基性が打ち消されたんだ。」

塩酸・ＨＣｌと、水酸化ナトリウム・ＮａＯＨの、中和反応を見てみよう。

まず、塩酸・ＨＣｌにＢＴＢ溶液を加える。
ＢＴＢ溶液を黄色く変えるのは、酸性の特徴だったよね。

美樹　「今の実験とは逆に、水酸化ナトリウム・ＮａＯＨに、塩酸・ＨＣｌを加えても同じことだよね。このように、酸と塩基がお互いの性質を打ち消し合うことを『中和』、この反応のことを『中和反応』というんだ。」

福　「なるほど。なんだか当たり前のような気もするけど、不思議な現象のような気もするなぁ…」

美樹　「じゃあ、試験管の中でどんな反応が起きていたのか、ミクロの眼で見てみよう！」

塩酸・ＨＣｌは、水溶液中では水素イオン・H^＋と塩化物イオン・ＯＨ⁻に電離している。
酸の正体である水素イオン・H^＋が存在するから、ＢＴＢ溶液は黄色に変色し、マグネシウム・Ｍｇとの反応も起きたんだ。

そして、水酸化ナトリウム・ＮａＯＨは、水溶液中ではナトリウムイオン・Ｎａ^＋と、塩基の正体である水酸化物イオン・ＯＨ⁻に電離している。
塩酸・ＨＣｌに水酸化ナトリウム・ＮａＯＨを加えると、水素イオン・H^＋と水酸化物イオン・ＯＨ⁻が反応して、水・Ｈ_２Ｏができる。
これが、酸と塩基が「互いの性質を打ち消す」ということだったんだ。

さらに、水酸化ナトリウム・ＮａＯＨを加えていくと、塩酸・ＨＣｌから出た水素イオン・H^＋と水酸化ナトリウム・ＮａＯＨから出た水酸化物イオン・ＯＨ⁻の数が等しくなり過不足なく反応する瞬間がある。これを「中和点」という。
塩酸・ＨＣｌと水酸化ナトリウム・ＮａＯＨの反応では、このとき水溶液が中性となって溶液の色が緑色になり、マグネシウム・Ｍｇとの反応も止まったというわけだ。

中和点を越えて水酸化ナトリウム・ＮａＯＨを加えていくと、水溶液中の水酸化物イオン・ＯＨ⁻が増えていくので、溶液の色は塩基性を示す青色に変わったんだ。

福　「なるほど。酸に塩基を加えていくと、最初酸性だった水溶液が、中和点で中性になって、さらに塩基性になっているんだね…」

美樹　「ちょっと待った！ そこ誤解しやすいんだけど、中和点、つまり酸の水素イオン・H^＋と塩基の水酸化物イオン・ＯＨ⁻が同じ数になるように過不足なく反応させても、その水溶液が中性になるとは限らないんだ。」

福　「えっ？どういうこと？ 完全に中和したら、中性になるんじゃないの？」

美樹　「う〜ん…そのことを説明する前に…、最初に出したクイズの答えをまだ聞いてなかったね。」

塩酸・ＨＣｌと水酸化ナトリウム・ＮａＯＨを反応させて何ができるのか、顕微鏡を使って観察してみよう。

その前に、まず、塩酸・ＨＣｌと水酸化ナトリウム・ＮａＯＨ水溶液を、それぞれ蒸発させるとどうなるかな？

塩酸・ＨＣｌは何も残らない。気体の塩化水素・ＨＣｌとして蒸発してしまうんだ。
水酸化ナトリウム・ＮａＯＨの方は、白い固体、水酸化ナトリウム・ＮａＯＨの結晶が残った。

では、２つ（ＨＣｌとＮａＯＨ）を反応させてみよう。
スライドガラスに塩酸・ＨＣｌを１滴、そして、（塩酸と同じモル濃度の）水酸化ナトリウム・ＮａＯＨ水溶液を１滴垂らして中和させる。
スライドガラスを加熱して、水分を蒸発させると、白い固体が残った。
福くんが予想した、塩化ナトリウム・ＮａＣｌなのかな？
この立方体の結晶、なんだか見覚えがあるよね？ 確かに塩化ナトリウム・ＮａＣｌの結晶だ。

福　「塩酸・ＨＣｌと水酸化ナトリウム・ＮａＯＨで中和して、塩化ナトリウム・ＮａＣｌができた。酸と塩基が中和すると、塩（しお）と水ができたんだね。」

美樹　「中和反応の場合、“しお”ではなくて、“えん”と読むんだ。そういう決まりになっているから注意しようね。」

福　「分かった。中和反応とは、酸と塩基が反応して『塩（えん）』と『水』ができる反応である、ということだね。」

なお、酸と塩基の中和反応には、水・Ｈ_２Ｏを生じないものもある。
以前紹介した、塩化水素・ＨＣｌと気体のアンモニア・ＮＨ_３の反応を覚えているかな？（化学基礎「酸と塩基」の回）
これは、塩化アンモニウム・ＮＨ_４Ｃｌという塩だけが生成する、中和反応なんだ。

酢酸・ＣＨ_３ＣＯＯＨと、水酸化ナトリウム・ＮａＯＨの中和反応を見てみよう。
コニカルビーカーに入っている酢酸・ＣＨ_３ＣＯＯＨと、ビュレットに入っている水酸化ナトリウム・ＮａＯＨは、同じモル濃度になっている。
水酸化ナトリウム・ＮａＯＨを、酢酸・ＣＨ_３ＣＯＯＨと同じ体積滴下して、中和させる。
このようにして、完全に過不足なく反応させた溶液は中性なのだろうか？
ＢＴＢ溶液を加えると、塩基性を示す青色に変わった。
どうして塩基性になったのか、福くん分かるかな？

福　「う〜ん…何だ？」

美樹　「福くん、『価数』って覚えているかな？」（化学基礎「酸と塩基の強さ」の回）

福　「酸や塩基が出すことのできる、水素イオン・H^＋や水酸化物イオン・ＯＨ⁻の数のことで、酢酸・ＣＨ_３ＣＯＯＨは１価の酸で、水酸化ナトリウム・ＮａＯＨは１価の塩基だったよね。
同じモル濃度、同じ体積で反応させれば、水素イオン・H^＋と水酸化物イオン・ＯＨ⁻の数は同じになって、HもＯＨも残らない正塩ができる…」

美樹　「そうだね。反応式はこうなる。酢酸ナトリウム・ＣＨ_３ＣＯＯＮａは正塩。それなのに、水溶液が塩基性になったのはどうしてだと思う？」

福　「そこが分からないんだよな…」

美樹　「価数のほかに、もうひとつ大事なことがあったよなぁ。」

（化学基礎・監修講師）露久保先生　「酸と塩基に強弱があるということ、よく覚えていましたね。福くんの言う通り、一般に、正塩の水溶液の性質は、その塩をつくるもとになった酸と塩基の強弱によって決まるんです。弱酸の酢酸・ＣＨ_３ＣＯＯＨと強塩基の水酸化ナトリウム・ＮａＯＨが中和して、酢酸ナトリウム・ＣＨ_３ＣＯＯＮａが生成した水溶液の中では、塩の加水分解という現象が起きているんです。」

先ほどの実験で使った、酢酸ナトリウム・ＣＨ_３ＣＯＯＮａは、水溶液中ではナトリウムイオン・Ｎａ^＋と酢酸イオン・ＣＨ_３ＣＯＯ⁻に完全に電離している。
ところが、酢酸イオン・ＣＨ_３ＣＯＯ⁻の一部は、溶媒の水・Ｈ_２Ｏと反応して酢酸・ＣＨ_３ＣＯＯＨ分子になってしまう。
この反応で、水酸化物イオン・ＯＨ⁻が生じるため、水溶液は塩基性を示すというわけなんだ。
この現象が、塩の加水分解だ。

露久保先生　「塩の加水分解は、酢酸・ＣＨ_３ＣＯＯＨが弱酸（電離度が小さいので酢酸イオン・ＣＨ_３ＣＯＯ⁻が水素イオン・H^＋とくっつきやすい）だから起きる現象です。
また、塩の加水分解には、正塩が水と反応して弱塩基と水素イオン・H^＋になるものもあって、この場合は水溶液が酸性になります。正塩なのに、水溶液が酸性だったり塩基性だったりする理由をしっかり説明できるところが、化学のすごいところだと思いませんか？」

福　「前に学んだ酸と塩基の価数とか強弱とかが（化学基礎「酸と塩基の強さ」の回）、中和反応の塩の話に繋がっていてすごい面白い！ あれっ？もしかして、これが“化学への愛と情熱”か！？」

美樹　「その熱が冷めないうちに、酸・塩基の強弱の組み合わせと、正塩の水溶液の性質との関係を見てみよう！」

塩酸・ＨＣｌ（強酸）、酢酸・ＣＨ_３ＣＯＯＨ（弱酸）、水酸化ナトリウム・ＮａＯＨ（強塩基）、アンモニア・ＮＨ_４ＯＨ（弱塩基）の組み合わせでできる塩の水溶液を作って、その性質を調べてみよう。

まず、塩酸・ＨＣｌ（強酸）と水酸化ナトリウム・ＮａＯＨ（強塩基）。
できる塩は、塩化ナトリウム・ＮａＣｌだ。
ＢＴＢ溶液を加えた純水に、塩化ナトリウム・ＮａＣｌを加えると、色は変わらず緑色のまま。
強酸と強塩基の組み合わせで出来る正塩の水溶液は、中性だ。

塩酸・ＨＣｌ（強酸）とアンモニア・ＮＨ_４ＯＨ（弱塩基）の場合はどうだろう。
できる塩は、塩化アンモニウム・ＮＨ_４Ｃｌ。
水溶液が黄色に変わった。
強酸と弱塩基の組み合わせでできる正塩の水溶液は、酸性になることが分かった。

最後に、酢酸・ＣＨ_３ＣＯＯＨ（弱酸）と水酸化ナトリウム・ＮａＯＨ（強塩基）の組み合わせでできる、酢酸ナトリウム・ＣＨ_３ＣＯＯＮａ。
先ほども見た通り、水溶液は青色になる。
弱酸と強塩基の組み合わせでできる正塩の水溶液は、塩基性になるんだ。