高校 · 15分

pH 滴定と緩衝領域

酢酸を NaOH で滴定し、 $\ce{CH3COOH/CH3COO^-}$ 対が pH を緩衝する領域で曲線が平らになるのを観察する。半当量点では pH = pKa。

目的

緩衝プラトーを見つけ、半当量点で酢酸の pKa を読み取る (pH ≈ 4.76)。そこで傾きが最小になる理由を説明する。

器具と試薬

0.1 mol/L 酢酸のビーカー、0.1 mol/L NaOH のビュレット、ガラス電極付き校正済み pH メーター、マグネチックスターラー。

手順

弱酸オプション (acid = 1) を C = 0.1 mol/L で選ぶ。
Vb を少しずつ増やして pH を記録し、曲線が最も平らな場所（緩衝プラトー）を印す。
最も急なジャンプで当量体積 Ve を求め、Vb = Ve/2 に設定して pH を読む。それが pKa である。
初期 pH と当量点 pH (>7) を強酸滴定 (acid = 0) と比較する。

観察すること

曲線は強酸より高い pH から始まり、pH ≈ pKa を中心としたほぼ平坦なプラトーを経て、当量点を越えると pH ≈ 12〜13 へ急上昇する。
Vb = Ve/2 では酸と共役塩基が等量で pH ≈ 4.76（酢酸の pKa）。当量点では $\ce{CH3COO^-}$ が弱塩基なので溶液は塩基性。

解説

NaOH を加えると $\ce{CH3COOH}$ が $\ce{CH3COO^-}$ に変わる。両者が同程度共存する間、ヘンダーソン・ハッセルバルヒ式 $\mathrm{pH}=\mathrm{p}K_a+\log\frac{[\ce{CH3COO^-}]}{[\ce{CH3COOH}]}$ により pH はほぼ一定（緩衝領域）。半中和点では pH = pKa。当量点では $\ce{CH3COO^-}$ のみ残り塩基性になる。

実験の歴史

pH スケールは 1909 年にカールスバーグ醸造所研究所のセーレン・セーレンセンが定義した。ガラス電極により pH 滴定が日常的になった。緩衝プラトーは、血液を

\ce{H2CO3/HCO3^-}

対で pH 7.4 付近に保つ化学と同じである。

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