高校 · 15分

酢酸緩衝液を作る

酢酸に酢酸ナトリウムを混ぜ、Henderson–Hasselbalch 式の予測どおり pH が pKa = 4.76 付近に収まるのを見る。

目的

[塩]/[酸] の比を選んで目標 pH の緩衝液を調製し、少量の酸・塩基添加に抵抗することを確かめる。

器具と試薬

0.1 M 酢酸、0.1 M 酢酸ナトリウム、ビュレット、フラスコ、pH メーターまたは万能指示薬、脱イオン水。

手順

フラスコに 0.1 M 酢酸を 25 mL 入れ、開始時の pH を読む。
酢酸塩溶液をゆっくり加え、2 mL ごとに pH を記録し、半当量点付近の平坦領域を探す。
[塩] = [酸]（ここでは 12.5 mL 添加）で pH ≈ pKa = 4.76 を確認する。
塩量を倍になるまで加え、緩衝域での pH の緩やかな上昇を観察する。

観察すること

酸と共役塩基が共存する間 pH はほとんど動かない。曲線中央の平坦部が緩衝域である。
指示薬は酢酸の pKa を挟む pH ≈ 4.8–5.5 付近で変色する。

解説

緩衝液は同一容器内の共役対である：加えた H⁺ は CH₃COO⁻ が（→ CH₃COOH）、OH⁻ は CH₃COOH が（→ CH₃COO⁻ + H₂O）消費する。Ka の対数を取ると Henderson–Hasselbalch 式 pH = pKa + lg([A⁻]/[HA]) が得られる。緩衝能は [A⁻] = [HA] で最大となり、およそ pKa ± 1 の範囲で有効である。シミュレーションの器具は色と体積の振る舞いを示し、実習の pH 曲線こそ生徒が描くべきものである。

実験の歴史

アレニウスは1884年に酸・塩基をイオンの授受で定式化し、ヘンダーソンが1908年に pH の関係式を書き、ハッセルバルフが1917年に血液 pH の研究のため対数形にした。血液 pH の緩衝制御は今も同じ化学の生命に関わる例である。

ゆかりの化学者

スヴァンテ・アレニウスヴィルヘルム・オストヴァルト