異なる濃度の炭酸塩緩衝液のpH

この投稿は、2016年9月26日13時49分にqugdによって最終的に編集されました。炭酸塩緩衝系は、典型的な二元弱酸のアルカリ性領域で用いられる緩衝系であり、炭酸の第二解離定数と濃度を用いて自ら計算することができます。濃度がそれほど高くない場合、計算値と実際の値との差はあまりありません。 分析化学の本を探して、自分で計算してみなさい。以下は、簡単な電離平衡と濃度計算の基本内容です。 水溶液中には、複雑な炭酸および重炭酸塩の平衡が存在し、一般的には次の反応式で表される：
CO2＋H2O → H2CO3
H2CO3 → H＋＋HCO3－
HCO3－ → H＋＋CO32－

上記の3つの反応式をまとめると、
CO2＋H2O → (H2CO3) → H＋＋HCO3－ → H＋＋CO32－
となる。

1つのCO2からは1つのH2CO3しか生成されず、1つのH2CO3からは1つのHCO3－しか電離しない。また、1つのHCO3－からも1つのCO32－しか電離しない。したがって、ある系内において、CO2、HCO3－、CO32－の濃度がどのように変化しても、これら3つの濃度の合計は常に一定の値Cに等しくなる。言い換えれば、
[A] = 1 となる。

また、
[B] = K1
[C] = K2
となる。

(A)式における3つの分数を因変数とし、[H＋]を独立変数として、これら3つの方程式を解くことで、異なる[H＋]（またはpH）の条件下でのCO2、HCO3－、CO32－の濃度を求めることができる。25℃におけるK1（4.45×10－7）およびK2（4.96×10－11）は既知の値であり、3つの分数を縦軸に、pH値を横軸にしてプロットすると、図1に示すような25℃における水溶液中の炭酸化合物とpH値の関係が得られる。http://www.mining120.com/WebEditor/uploadfile/20100902113400825.jpg図1 炭酸の電離とpH値の関係（25℃）図1からわかるように、pH＜4.4の場合、溶液中にはCO2のみが存在し、pH＞8.35の場合、水溶液中にはCO2は存在しない；pH値が4.4～12.0の間である場合にのみ、重炭酸イオンHCO3－が存在でき、pH値が8.35のときにHCO3－の含有量が最も高く、約98％を占める；pH＞8.35の場合にのみ、水溶液中にCO32－が存在する