水と緩衝作用

リン酸水素２ナトリウムを入れると、それだけで緩衝作用を持った水溶液になるんでしょうか？

また、水にクエン酸を入れた場合も同様に緩衝作用を持った水溶液になってしまうのでしょうか？

また、水にリン酸水素２ナトリウムとクエン酸の両方を投入するといったいどうなってしまうのでしょうか？

どなたか詳しい方いらっしゃいましたらご教授お願い致します。

No.2 回答者： ht1914 回答日時： 2006/08/21 09:06

このカテゴリーで何度か緩衝溶液について解答を書かせてもらいました。

実際に色んな成分を調合して緩衝液を作るという場面でなく緩衝作用というのはどういう原理のものかということです。

酢酸を水酸化ナトリウムで中和していくとはじめ急にｐＨが増加します。その後ｐＨの変化がゆっくりになり中和点近くで再び急激に増加します。多分どの教科書にも載っている変化だと思います。１／２中和の点はこの変化の緩い所です。変化が緩いということはＮａＯＨの量を増減させてもｐＨがあまり変化しないということです。緩衝作用はこの部分を利用しています。１／２中和点では酢酸と酢酸ナトリウムが１：１のところです。
リン酸でこれに対応するのは何処かを考えてみます。リン酸は３価の酸ですからＮａＯＨで中和していくとｐＨの変化の緩いところが３つでてきます。変化のきついところは最初のＨ３ＰＯ４とＮａＨ２ＰＯ４，Ｎａ２ＨＰＯ４、Ｎａ３ＰＯ４に対応します。従って変化の緩いところの中点は
Ｈ３ＰＯ４：ＮａＨ２ＰＯ４＝１：１　　　ｓｔａｇｅ１
ＮａＨ２ＰＯ４：Ｎａ２ＨＰＯ４＝１：１　ｓｔａｇｅ２
Ｎａ２ＨＰＯ４：Ｎａ３ＰＯ４＝１：１　　ｓｔａｇｅ３　
です。これでそれぞれ対応するｐＨでの緩衝溶液を作ることが出来ます。Ｎａ２ＨＰＯ４単独では水溶液はｐＨの変化のきつくなるところにありますので緩衝溶液にはなりません。
クエン酸は３価のカルボン酸です。クエン酸も単独では緩衝溶液にはなりません。これは酢酸単独では緩衝溶液にならないというのと同じです。
クエン酸とＮａ２ＨＰＯ４を混ぜて使ったらどうなるかという問題は３価のリン酸の代わりに３価のクエン酸を使って緩衝液を作る事が出来るかということになります。電離度に違いがあるのでおおざっぱな話になりますがＨ３ＰＯ４とＮａ２ＨＰＯ４を混ぜて緩衝溶液を作るというのをスライドさせて考えてみて下さい。
上の式のｓｔａｇｅ１とｓｔａｇｅ２がつくれます。

Ｈ３ＰＯ４：Ｎａ２ＨＰＯ４＝３：１　ｓｔａｇｅ１
Ｈ３ＰＯ４：Ｎａ２ＨＰＯ４＝１：３　ｓｔａｇｅ２

Ｈ３ＰＯ４は液体ですがクエン酸は固体です。濃度の精度の高い溶液を作るのにはクエン酸の方が向いています。これは中和滴定での標準物質に蓚酸を使うのと同じ事情です。
緩衝溶液を考えるときは滴定曲線の形をイメージして貰うと良いと思います。

予想の部分も入っていますが自信アリとしておきます。

No.1 回答者： c80s3xxx 回答日時： 2006/08/21 07:49

> リン酸水素２ナトリウムを入れると、それだけで緩衝作用を持った水溶液になるんでしょうか？

なりません．

> また、水にクエン酸を入れた場合も同様に緩衝作用を持った水溶液になってしまうのでしょうか？

なりません．
ただし，クエン酸は意外に強い酸なので，イオン平衡論的には緩衝液ではなくても，少量の酸塩基の添加での pH 変化はあまり大きくなりません．濃度にもよりますが，pH 2 くらいの疑似緩衝液？的な使い方は可能な場合はあるでしょう．

> また、水にリン酸水素２ナトリウムとクエン酸の両方を投入するといったいどうなってしまうのでしょうか？

入れた割合によるでしょうが，pH 7 近辺の緩衝液，あるいは pH 5 近辺または 3 近辺の緩衝液にすることはできます．