酸化還元反応に続いて、今回から中和シリーズがスタートします！中和は日常生活にも深く関わる重要なテーマです。まずは「酸」と「塩基」の定義を3つの視点から理解し、価数・強弱の基本をしっかり押さえましょう！
- 酸・塩基の3つの定義（アレニウス・ブレンステッド・ルイス）
- 酸・塩基の価数（1価・2価・3価）
- 強酸・弱酸・強塩基・弱塩基の違い
- 両性物質とは何か
- 練習問題5問
定義を学ぶ前に、酸と塩基の身近な特徴を確認しましょう。日常生活でよく目にする性質です。
- すっぱい味がする（酢・レモンなど）
- 青色リトマス紙を赤に変える
- BTB溶液を黄色に変える
- 金属（Zn・Feなど）と反応してH₂を発生させる
- 炭酸カルシウム（CaCO₃）と反応してCO₂を発生させる
- 水溶液は電気を通す（電解質）
- pH＜7（酸性）
- 苦い味・ぬめり感がある（石けんなど）
- 赤色リトマス紙を青に変える
- BTB溶液を青色に変える
- タンパク質を溶かす（皮膚がただれる原因）
- 酸と反応して中和する
- 水溶液は電気を通す（電解質）
- pH＞7（塩基性・アルカリ性）
| 物質名 | 酸・塩基 | 身近な例 |
|---|---|---|
| 塩酸（HCl） | 酸 | 胃液の主成分 |
| 酢酸（CH₃COOH） | 酸 | 食酢（約3〜5%） |
| 炭酸（H₂CO₃） | 酸 | 炭酸飲料 |
| クエン酸 | 酸 | レモン・梅干し |
| 水酸化ナトリウム（NaOH） | 塩基 | 石けん・パイプ洗浄剤 |
| アンモニア（NH₃） | 塩基 | 肥料・洗剤 |
| 水酸化カルシウム（Ca(OH)₂） | 塩基 | 消石灰・土壌改良 |
| 重曹（NaHCO₃） | 塩基 | 料理・ふくらし粉 |
アレニウスの定義は最もシンプルな定義で、水溶液中でのH⁺とOH⁻の放出に注目します。
水に溶けてH⁺（水素イオン）を放出する物質
例：HCl → H⁺ + Cl⁻
水に溶けてOH⁻（水酸化物イオン）を放出する物質
例：NaOH → Na⁺ + OH⁻
アレニウスの定義では水溶液中の反応しか扱えません。
例えばアンモニア（NH₃）は水溶液中でOH⁻を生じますが、OH⁻を直接放出しているわけではありません。
この限界を解決したのがブレンステッドの定義です。
ブレンステッドの定義はH⁺の授受に注目します。水溶液以外の反応にも適用できます。
H⁺を与える物質（プロトン供与体）
例：HCl、H₂SO₄、CH₃COOH
H⁺を受け取る物質（プロトン受容体）
例：NaOH、NH₃、H₂O
NH₃がH₂OからH⁺を受け取ってNH₄⁺になります。
NH₃はH⁺を受け取っているのでブレンステッド塩基です。
ルイスの定義は最も広い定義で、電子対の授受に注目します。高校化学では軽く触れる程度でOKです。
電子対を受け取る物質
例：BF₃、AlCl₃、H⁺
電子対を与える物質
例：NH₃、H₂O、OH⁻
アレニウス酸塩基 ⊂ ブレンステッド酸塩基 ⊂ ルイス酸塩基
アレニウスで酸・塩基に分類されるものは、ブレンステッドでも分類される。
ブレンステッドで分類されるものは、ルイスでも分類される。
つまりルイスの定義が最も広い。
価数とは1分子から放出（または受け取り）できるH⁺やOH⁻の数のことです。
| 価数 | 酸の例 | 塩基の例 |
|---|---|---|
| 1価 | HCl（塩化水素）、HNO₃（硝酸）、CH₃COOH（酢酸）、HF（フッ化水素） | NaOH（水酸化ナトリウム）、KOH（水酸化カリウム）、NH₃（アンモニア） |
| 2価 | H₂SO₄（硫酸）、H₂CO₃（炭酸）、H₂S（硫化水素） | Ca(OH)₂（水酸化カルシウム）、Ba(OH)₂（水酸化バリウム）、Mg(OH)₂ |
| 3価 | H₃PO₄（リン酸） | Al(OH)₃（水酸化アルミニウム）、Fe(OH)₃（水酸化鉄(III)） |
NH₃はOH⁻を直接放出しませんが、H⁺を1個受け取れるので1価の塩基です。
NH₃ + H₂O → NH₄⁺ + OH⁻
酸・塩基は水溶液中での電離のしやすさによって強・弱に分類されます。
| 強酸 | 弱酸 | |
|---|---|---|
| 電離度 | ほぼ100%（完全電離） | 数%以下（部分電離） |
| 代表例 | HCl・HNO₃・H₂SO₄・HClO₄・HBr・HI | CH₃COOH・H₂CO₃・HF・H₂S・HCN・H₃PO₄ |
| 同濃度での H⁺濃度 |
大きい | 小さい |
| 強塩基 | 弱塩基 | |
|---|---|---|
| 電離度 | ほぼ100%（完全電離） | 数%以下（部分電離） |
| 代表例 | NaOH・KOH・Ca(OH)₂・Ba(OH)₂・LiOH | NH₃・Mg(OH)₂・Al(OH)₃・Fe(OH)₃・Cu(OH)₂ |
| 同濃度での OH⁻濃度 |
大きい | 小さい |
- 強酸（6種）：HCl・HNO₃・H₂SO₄・HClO₄・HBr・HI →「塩硝硫・過塩臭ヨウ」
- 強塩基：アルカリ金属（Li・Na・K・Rb・Cs）の水酸化物 ＋ Ca(OH)₂・Ba(OH)₂
- 上記以外の酸・塩基はすべて弱酸・弱塩基と覚える
両性物質とは、酸としても塩基としてもはたらく物質のことです。
| 両性物質 | 酸としてはたらく例 | 塩基としてはたらく例 |
|---|---|---|
| H₂O（水） | NH₃ + H₂O → NH₄⁺ + OH⁻ （H₂OがH⁺を与える） |
HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻ （H₂OがH⁺を受け取る） |
| HCO₃⁻ | HCO₃⁻ → H⁺ + CO₃²⁻ | HCO₃⁻ + H⁺ → H₂CO₃ |
| HSO₄⁻ | HSO₄⁻ → H⁺ + SO₄²⁻ | HSO₄⁻ + H⁺ → H₂SO₄ |
- 酸の特徴：すっぱい・青リトマスを赤・BTB黄・H₂発生・pH＜7
- 塩基の特徴：苦い・ぬめり・赤リトマスを青・BTB青・pH＞7
- アレニウス：酸＝H⁺放出、塩基＝OH⁻放出
- ブレンステッド：酸＝H⁺を与える、塩基＝H⁺を受け取る
- ルイス：酸＝電子対を受け取る、塩基＝電子対を与える
- 価数：1分子が放出できるH⁺（またはOH⁻）の数
- 強酸6種：HCl・HNO₃・H₂SO₄・HClO₄・HBr・HI
- 強塩基：アルカリ金属の水酸化物・Ca(OH)₂・Ba(OH)₂
- 両性物質：酸・塩基どちらにもなる（H₂O・HCO₃⁻など）
✏️ 練習問題【全5問】
解答・解説は次の記事で確認しましょう！
次の物質をアレニウスの定義で酸・塩基に分類せよ。
HCl、NaOH、H₂SO₄、Ca(OH)₂、CH₃COOH、NH₃
次の反応において、ブレンステッドの定義で酸・塩基はどれか答えよ。
$$\text{HCl} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^+ + \text{Cl}^-$$
次の酸・塩基の価数をそれぞれ答えよ。
① H₂SO₄ ② HNO₃ ③ H₃PO₄ ④ Ca(OH)₂ ⑤ NH₃
次の物質を強酸・弱酸・強塩基・弱塩基に分類せよ。
HCl、CH₃COOH、NaOH、NH₃、H₂SO₄、Ca(OH)₂、HF、Mg(OH)₂
水（H₂O）が両性物質であることを、ブレンステッドの定義を用いて2つの反応式で説明せよ。
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