Acid / Base / Neutralization
pH は平均ではなく、
中和で決まる。
酸性液体とアルカリ性液体を混ぜると、pH は単純な平均にはなりません。
このページでは、強酸と強塩基が完全に電離すると仮定して、酸の H+ とアルカリの OH- が中和して水になるという考え方で pH を計算します。
pH 混合シミュレーション
量と pH を決めて酸または塩基を入れてください。H+ と OH- が打ち消し合うぶんだけ中和し、残ったイオンの濃度で pH が決まります。
液体を追加
簡易モデル: 強酸・強塩基が完全に電離すると仮定します。pH から [H+] = 10^(-pH)、pOH = 14 - pH、[OH-] = 10^(-pOH) を計算し、H+ と OH- を中和させます。弱酸・緩衝液・温度変化は扱いません。
酸と塩基を混ぜると、H+ と OH- が中和して水になり、残ったイオンの量で pH が決まります。
操作: まず酸か塩基を入れ、必要ならもう片方や水を加えてください。中性に近づくほど色は緑寄りに変わります。
Core Idea
酸性と塩基性の混合は、pH の平均ではなくイオン数の差で決まる。
このページでは H+ と OH- の量だけに注目し、余ったほうの濃度から pH を逆算しています。水を加えたときはモル数ではなく濃度が薄まるので、pH の変化もその分だけになります。
Model
このページで計算していること
実験の完全再現ではなく、強酸・強塩基の混合と中和の考え方が見えるように単純化したモデルです。
01
pH から H+ を求める
酸性液体は pH から H+ 濃度を求め、その濃度に体積を掛けて H+ のモル数に直しています。
02
pOH から OH- を求める
塩基性液体は pOH = 14 - pH を使って OH- 濃度を求め、同じようにモル数へ変換しています。
03
中和は少ない側まで進む
H+ と OH- は 1:1 で打ち消し合うので、少ない側がなくなるところまで中和し、余った側が最終的な性質を決めます。
04
水は濃度だけを薄める
中性の水を加えると H+ や OH- を直接増やしません。液量が増えるぶん、残ったイオン濃度が薄まり pH が動きます。
Observations
試すと違いが出やすい観察ポイント
量をそろえるだけでは中性にならず、pH が強いほうは少量でも大きな影響を持つことが見えてきます。
強い酸は少量でも効く
pH 1 と pH 3 では H+ 濃度が 100 倍違います。同じ量を入れても、強い酸のほうが混合後の pH を大きく動かします。
強い塩基も同じ
pH 13 と pH 11 では OH- 濃度が 100 倍違います。塩基側でも、数値の差は対数的な濃度差を表しています。
量が同じでも平均 pH にはならない
pH 2 と pH 12 を同量混ぜると、単純平均で 7 を取るのではなく、H+ と OH- の残り具合で最終 pH が決まります。
水で薄めると中性へ近づく
水を加えると濃度が下がるため、pH は 7 に近づく方向へ動きます。ただし H+ と OH- が打ち消し合ったわけではありません。
Next Steps
混合や化学のモデルを広げるなら
このページは中和の簡易モデルです。ここから別の混合現象や、モデル化の考え方へつなげられます。