NHK高校講座

福　「ちょっと酢酸について考えていて…。酢酸・ＣＨ_３ＣＯＯＨは弱酸で、その酢酸を含む水溶液がお酢だよね。」

美樹　「福くんも、化学のことをだいぶ身近に考えられるようになって、なんだか嬉しいなぁ。お酢をつくるのにも化学のチカラが必要なんだよ！」

福　「化学のチカラ？ どういうこと？」

私たちの食卓に欠かせないお酢が、どんなふうにつくられているのか。
１００年以上続く昔ながらの製法でお酢をつくっている工場では、ずらりと並んだスギの桶に、酒かすから取ったアルコールが入っている。
そのアルコールを発酵させて、お酢の主成分である酢酸・ＣＨ_３ＣＯＯＨに変える働きをしているのが「酢酸菌」だ。
いいお酢ができるかどうかは、職人の経験がものをいう世界。発酵の状態を確かめながら、桶のふたの隙間を調整するなどして、適切な温度にしているんだ。

そしてもうひとつ、お酢の品質管理で欠かせないのが、「中和滴定」だ。
工場の研究室でも、お酢の中の酢酸・ＣＨ_３ＣＯＯＨの濃度を調べることで、発酵の状態を確認しているんだ。

福　「中和滴定か。酢酸・ＣＨ_３ＣＯＯＨの濃度を化学的に調べることも、伝統のお酢づくりを支えているんだね。」

美樹　「その通り。」

福　「中和滴定ってどんなふうにやるの？ 僕でもできるの？」

美樹　「できるできる！ じゃあ、そのお酢を使って私たちも（中和滴定を）やってみようか！？ 酢酸・ＣＨ_３ＣＯＯＨの濃度を調べるためには、酸と塩基の中和の量的関係を考えたうえで…」

福　「難しいことはあとにして、とりあえずやってみようよ！」

用意したのは、さきほどの食酢をあらかじめ１０倍に薄めたもの。
この食酢を１０.０ ｍＬ使う。
そして、濃度０.１００ ｍｏｌ／Ｌとわかっている水酸化ナトリウム・ＮａＯＨ水溶液だ。

左の画像は、酸と塩基が過不足なく中和したときの、中和反応の量的関係の式だったよね。
食酢に含まれる酢酸・ＣＨ_３ＣＯＯＨの濃度を求めるためには、もうひとつ知りたい数値がある。
ぴったり中和したときの、水酸化ナトリウム・ＮａＯＨ水溶液の体積だね。
この体積を求めるために行うのが、中和滴定。
つまり、中和滴定によって求めた（水酸化ナトリウム・ＮａＯＨ水溶液の）体積から、食酢に含まれる酢酸・ＣＨ_３ＣＯＯＨの濃度が計算でわかるというわけだ。

福　「中和滴定に使う器具って、あんまり見たことのないものばかりだね。」

美樹　「そうでしょ。それぞれひとつずつ大切な役割があって、使い方にも注意点があるから、まずはそこから説明するね。
中和滴定に使う器具は、洗って乾かしたものを使うこと。乾かす時間がないときは、必要に応じて最初に『共洗い』というのをやるんだ。正確な測定をするためには、とっても大切な作業なんだ。」

中和滴定で測定に使う器具は、必要に応じて「共洗い」という作業を行っておこう。
器具が水でぬれていると中の溶液が薄まってしまうので、これから入れる溶液で何回か洗っておくんだ。

共洗いが終わったら、「ホールピペット」で濃度がわかっていない食酢を１０.０ ｍＬ吸い上げる。
この「標線」に液面を合わせると、目的の体積になるんだ。

量った溶液は、最後の１滴まで正確にコニカルビーカーに移し入れる。
そのためには、ホールピペットの膨らんだ部分を手で包んで温めると、残った溶液を残らず押し出すことができる。
これでコニカルビーカーに、食酢を１０.０ ｍＬ正確に量り取ることができる。

次は、「ビュレット」に中和反応をすすめるための、水酸化ナトリウム・ＮａＯＨ水溶液を入れる。
ビュレットはコックをひねって、少しずつ溶液をビーカーに加えていくための器具だ。
溶液をたらす前と後の数値の差から、加えた溶液の体積がわかるというわけだ。
ろうとを使って水酸化ナトリウム・ＮａＯＨ水溶液を入れたら、最後にコックを開き、先端まで溶液が入っている状態にしておこう。
これで、準備ＯＫだ。

福　「それで、食酢の中の酢酸・ＣＨ_３ＣＯＯＨの濃度を調べるために、この２つの水溶液を過不足なく中和させればいいんだね。」

美樹　「そうなんだ。水酸化ナトリウム水溶液を食酢に加えていくんだけど…」

福　「（ビュレットの）コックを開いて、水酸化ナトリウム水溶液をたらせばいいんだね。」

美樹　「ちょっと待って！ その前にｐＨ指示薬のフェノールフタレインを、食酢に２〜３滴たらして。」

福　「食酢は酸性だから（ｐＨ指示薬をたらしても）無色透明のままだね。よし、じゃあいくよ！」

美樹　「まだまだ！ 次は、ビュレットの目盛りを読み取って。最小目盛りの１０分の１までちゃんと読み取ること。水酸化ナトリウム水溶液の体積を正確に調べることが中和滴定のポイントなんだ。」

福　「そんなにきっちりとしなくちゃいけないんだ…。０.４０ ｍＬだね。」

美樹　「これで準備ＯＫ。では始めようか！ 水酸化ナトリウム水溶液を少しずつたらして。」

福　「わかった。 おっ！（水酸化ナトリウム水溶液を１滴たらしたら）赤くなった！」

美樹　「そうしたら、コニカルビーカーを振り混ぜてみて。」

福　「こんな感じだね…おっ！色が消えた！ 一回赤くなっても振り混ぜると、また無色透明に戻るんだね。」

美樹　「だから、まだ酸性ということ。振り混ぜても無色透明に戻らなくなったときが中和点なんだ。」

福　「なるほどね。だったらまだいけそうだね。もっと入れていくよ。（水酸化ナトリウム水溶液を少し入れてみても）なかなか中和しないね。」

美樹　「そろそろぴったり中和するはずなんだけどな。慎重にやっていこう。」

福　「でも待ちきれないから、ちょっと多めに入れちゃおうかな。（水酸化ナトリウム水溶液を多めに入れて、コニカルビーカーを振り混ぜてみても）あれ？ 赤色のままだ！ ということは、これで中和したってこと？」

美樹　「う〜ん…それだと、水酸化ナトリウム水溶液を入れすぎって感じかな。」

福　「ということは、失敗か…」

（化学基礎・監修講師）貝谷先生　「中和滴定では、酸と塩基が過不足なく中和する瞬間は、急激に現れるんです。だから、ちょうど中和するポイントを探るには、ちょっとしたコツが必要なんです。
コニカルビーカーの食酢が、赤色から無色透明に変化するスピードが遅くなってきたら、中和するポイントが近づいている証拠。その状態になったら、水酸化ナトリウム水溶液を１滴ずつたらし、振り混ぜます。わずかに赤色が残ったままになったら滴下をやめます。中和してできた塩の 酢酸ナトリウム水溶液は弱塩基性なんです（化学基礎「中和反応と塩の性質」の回）。薄く赤色が残っている状態を『過不足なく中和した』とするんです。」

美樹　「では、もう一回やり直してみよう。」

福　「わかった。」

美樹　「もう一度、ビュレットの目盛りを読むところから始めるよ。」

福　「水酸化ナトリウム水溶液の体積は、さっきから減って８.４９ ｍＬ。
１０.０ ｍＬ量り取ってある食酢をセットして、最初のうちは水酸化ナトリウム水溶液を多めに入れてもいいけど…
（食酢に水酸化ナトリウム水溶液を何度が滴下していく）
最初から比べて、赤色から無色透明に戻るのが遅くなってきたね。そろそろかな？ ここからは、一滴ずつたらすよ。」

美樹　「いいね！ その調子！」

福　「おっ、無色透明に戻らなくなった！これで過不足なく中和したってことだね。」

美樹　「そこで、ビュレットの目盛りを読んでみようか。中和滴定を始める前に読んだ目盛りとの差が、過不足なく中和するのに必要だった水酸化ナトリウム水溶液の体積。」

福　「（滴下後の水酸化ナトリウム水溶液の体積は）１５.９２ ｍＬ。滴下前は８.４９ ｍＬだから、その差は７.４３ ｍＬだ。」

中和滴定では、正確な数値を求めるため、同じ操作をくりかえして行う。
全部で３回おこなって求めた平均値は、７.４３ ｍＬだった。
３回量るのは、測定の誤差を少しでも小さくするためなんだ。

福　「そういえば、中和滴定で使った食酢はこれを１０倍に薄めていたよね。」

美樹　「そう。だから、その食酢に含まれる酢酸・ＣＨ_３ＣＯＯＨの濃度は、１０倍にして０.７４３ ｍｏｌ／Ｌということになる。」

福　「これで正確に、酢酸の濃度がわかったってことか。」

福　「ところで、『弱酸と弱塩基』の場合はどうなの？」

美樹　「弱酸と弱塩基による中和滴定では、中和点前後のｐＨの変化はわずかしかないんだ。だから、どんな指示薬を使っても中和点を知ることができないんだ。」

福　「中和点を知ることができない酸と塩基の組み合わせもあるんだ〜。」

美樹　「福くん、今日はどうだった？」

福　「モル濃度とか、ｐＨ指示薬とか、中和反応とか、いままでやったことが総動員されて、中和滴定のことがわかるんだなって…」


それでは、次回もお楽しみに！