ブレンステッド酸の定義について

ブレンステッド酸では、

HCl + H2O →　　Cl- +　H3O+

とした時HClは酸、H2Oは塩基ですが　

NaOHが電離する時は

NaOH + H3O+ →　Na+ + 2H2O

この時NaOHは塩基、H3O+は酸

と考えていいんですか？？

ということは、NaOHの電離とは水の中に微量に存在する、水のイオン積由来のH30+
と反応してＯＨ-を生成するという事になると思うんですが、当たってますか？？

No.2 ベストアンサー 回答者： 101325 回答日時： 2011/06/19 13:06

> NaOHの電離とは水の中に微量に存在する、水のイオン積由来のH30+

> と反応してＯＨ-を生成するという事になると思うんですが、当たってますか？？

いいえ。当たっていません。

固体のNaOHが電離して水に溶けるのは、固体のNaClが電離して水に溶けるのと同じ理屈です。

NaCl(固体) + 大量のH2O → Na+(aq) + Cl-(aq) + 大量のH2O

NaOH(固体) + 大量のH2O → Na+(aq) + OH-(aq) + 大量のH2O

NaOH結晶は、ナトリウムイオンと水酸化物イオンからなるイオン結晶です。NaClが水に溶けるときに「まずNaCl分子の形で水に溶け出してから、その分子が水中でNa+とCl-に電離する」と考えないのと同じように、「まずNaOH分子の形で水に溶け出してから、その分子が水中でH2OやH30+と反応することでNa+とOH-に電離する」ということにはなりません。

NaCl水溶液が中性になるのに対して、NaOH水溶液がアルカリ性になるのは、Na+(aq)とCl-(aq)が中性のイオンで、OH-(aq)が塩基性のイオンだからです。

Cl-(aq)はきわめて酸性の強い分子HCl(aq)の共役塩基ですから、きわめて塩基性の弱いイオンです。

HCl(aq) + H2O → Cl-(aq) + H3O+(aq)

また、Cl-(aq)が酸として働くのならば

Cl-(aq) + H2O → [ClOH]2-(aq) + H+(aq)

のような反応が起るはずですけど、この反応は起こりそうも無い反応なので、Cl-(aq)がきわめて弱い酸であることも分かります。

ブレンステッドの酸・塩基の考え方では、きわめて弱い酸であって かつ きわめて弱い塩基である分子・イオンのことを中性の分子・イオンと呼びます。上で見たように、Cl-(aq)は中性のイオンです。

一方、OH-(aq)は、両性分子H2Oの共役塩基です。

H2O + H2O → OH-(aq) + H3O+(aq)

水平化効果のため、OH-(aq)は水中では最強の塩基になります。塩基の水平化効果とは、もし水中にOH-(aq)より強い塩基Bが入ってきたとしても

H2O + B → OH-(aq) + HB(aq)

の反応が起こって、塩基Bをきわめて弱い酸HB(aq)に変えてしまうことをいいます。

Na+(aq)がきわめて弱い酸であることは、

Na+(aq) + H2O → [Na(OH)](aq) + H3O+(aq)
または
[Na(H2O)6]+ + H2O → [Na(OH)(H2O)5] + H3O+(aq)

のような加水分解が水中では起こらないことから分かります。水中で加水分解を起こす金属イオンとしてはFe3+(aq)が知られています。

Fe3+(aq) + H2O → [Fe(OH)]2+(aq) + H3O+(aq)
または
[Fe(H2O)6]3+ + H2O → [Fe(OH)(H2O)5]2+ + H3O+(aq)

これらの反応式から、加水分解を起こす金属イオンとは、ブレンステッド酸に他ならないことが分かります。また、加水分解を起こさない金属イオンは、きわめて弱いブレンステッド酸であることも分かります。酸解離定数を使うと、金属イオンの加水分解の起こりやすさについて、さらに詳しく議論することができます。たとえばpKaの順に並べると、Fe3+(aq)＜Al3+(aq)＜Zn2+(aq)＜Mg2+(aq)＜Na+(aq)のようになります。ブレンステッドの酸・塩基の考え方は、非水溶媒での反応に限らず、水溶液でも非常に有用な考え方です。

Na+(aq)とCl-(aq)は中性のイオンである、というのは、これらのイオンがH2Oに比べるとブレンステッド酸としてもブレンステッド塩基としてもきわめて弱い、ということです。これらのイオンはプロトンのやり取りをしないので水溶液の液性には影響しない、だから中性である、と考えてもいいです。


> NaOHが電離する時は
> NaOH + H3O+ →　Na+ + 2H2O
> この時NaOHは塩基、H3O+は酸
> と考えていいんですか？？

NaOHが何を意味するかによって答えは変わります。

もしNaOH結晶の固体表面で起こる反応であるならば、NaOHはイオン結晶なのでH3O+の有無にかかわらず、はじめからナトリウムイオンと水酸化物イオンは電離しているものと考えます。そのときはナトリウムイオンは反応の傍観者になりますので、塩基はOH-、H3O+が酸になります(共役酸と共役塩基はどちらもH2O)。しかし、水の中に微量に存在する水のイオン積由来のH30+よりもH2O分子のほうが圧倒的に数が多いのですから、固体表面で起こる主な反応は

NaOH + H2O →　Na+ + H2O + OH-

のようなものになるでしょう。この場合は、塩基はOH-、H2Oが酸です(OH-の共役酸がH2Oで、H2Oの共役塩基はOH-)。いずれにしても、ブレンステッドの酸・塩基の考え方では、物質レベルではなく、分子・イオンのレベルで酸・塩基の区別をしますから、「NaOHは塩基」と考えるのではなく、NaOHという物質を構成しているイオンのOH-が塩基、と考えます。あるいは、OH-というH2Oより強いブレンステッド塩基を含むため、NaOHはアレニウス塩基とみなせる、と考えてもいいです。

一方、NaOHが水に溶けたNaOH分子である、と考えるならNaOHは塩基、H3O+は酸と考えていいです。先に見たように、NaOH(aq)はNa+(aq)の共役塩基です。Na+(aq)がきわめて弱い酸なので、NaOH(aq)はきわめて強い塩基です。きわめて強い塩基なので、H2Oとも反応します。

NaOH(aq) + H2O →　Na+(aq) + OH-

この反応は水平化効果の一例です。HCl(aq)はきわめて強い酸であるために水中では安定に存在し得ない、というのと同じ意味で、NaOH(aq)はきわめて強い塩基なので水中では安定に存在し得ない、と考えてください。

この回答へのお礼

>>NaOH + H2O →　Na+ + H2O + OH-
納得が行きました。僕は重大な勘違いをしていたみたいです。。
ありがとうございました！！

お礼日時：2011/06/23 23:04

No.3 回答者： NiPdPt 回答日時： 2011/06/19 15:26

そもそも、ブレンステッド-ローリーの定義では、個々の酸塩機平衡ごとに酸塩機が定義されます。

つまり、H+の移動を伴う化学平衡が示されているときにH+を与えるのが酸であり、受け取るのが塩基ということです。
なので、
NaOH + H3O+ →　Na+ + 2H2O
であれば、酸はH3O+です。ただし、それはNaOHの電離を示しているわけではなく、中和反応を示しています。つまり、H3O+は水の中に微量に存在するものではなく、HClなどの酸が水に溶けて生じるものと考えるのが自然でしょう。また、その場合の塩基はNaOH（あるいはそれから生じるOH-）ということになるでしょう。
NaOHの電離を示すのであれば。
NaOH →　Na+ + OH-
でいいんじゃないですか。ただし、その場合、NaOHはOH-を与えているという意味でアーレニウス塩基ということになります。
NaOHがブレンステッド塩基であることを示すのであれば、他のものからH+を奪うことを示す必要があります。水溶液であれば奪う対象は水です。すなわち、
OH- + H2O → H2O + OH-
になります。両辺同じになりますが、溶媒の水がNaOH由来のOH-にH+を奪われていることになります。

この回答へのお礼

>>OH- + H2O → H2O + OH-

納得が行きました。本質的には＃2さんの
NaOH + H2O →　Na+ + H2O + OH-
と同様のものであると捉えてもいいでしょうか。
ありがとうございました！！

お礼日時：2011/06/23 23:06

No.1 回答者： htms42 回答日時： 2011/06/19 08:39

普通にＮａＯＨを水に溶かす時のことをことを思い出して下さい。

アレニウスの定義です。
ＮａＯＨ→Ｎａ^+＋ＯＨ^-
このＯＨ^-は大量にあるＨ２Ｏの中に溶け込んでいます。
これで塩基性を示します。
あるかないか分からないぐらいのＨ３Ｏ^+と反応して何て言いませんね。

ブレンステッドの定義はよくアレニウスの定義の拡張だと言われます。
発展形だと表現している人もいます。
でもおかしいですね。
内容が後退しています。

ブレンステッドの定義はアレニウスの定義を使うことができないような反応環境で酸・塩基の概念を使うためのものです。非水溶媒での反応が前提になっています（非水溶媒にもいろいろあります。Ｈ^+に着目しての定義ですから有機溶媒が前提です）。従って水溶液での反応に当てはめれば無理が出てきます。ただ異なる前提のところで「酸・塩基」という同じ言葉を用いるのですからどこかで共通部分がなければいけません。それを「表現形式の一致」で見ようとしています。水溶液中にあるＨＣｌ、ＮａＯＨを例にとって水が酸でもあり、塩基でもあるということを示そうとしているのはそういうことをむりにやろうとしているのです。
ＮａＯＨではなくてＮＨ３を持ってくるのであればまだしもですが。

こういう例だとどうでしょう。
エタノールに金属Ｎａを入れます。
２Ｃ２Ｈ５ＯＨ＋２Ｎａ→２Ｃ２Ｈ５ＯＮａ＋Ｈ２
これは水にＮａを加えた反応のエタノール版です。
エタノールが溶媒になっています。Ｃ２Ｈ５ＯＮａはＣ２Ｈ５ＯＨに対応する強塩基です。
これに水を加えます。
Ｃ２Ｈ５ＯＮａ＋Ｈ２Ｏ→Ｃ２Ｈ５ＯＨ＋ＮａＯＨ
Ｈ２ＯはＣ２Ｈ５ＯＨよりも強い酸です。
Ｃ２Ｈ５ＯＮａに対して酸として働いています。中和反応です。反応によって元の溶媒分子に戻っています。

エタノールの溶液であればこの反応が起こったというのは分かりにくいです。
水に溶けないアルコール（ペンタノール）でやればハッキリします。
Ｃ５Ｈ１１ＯＮａの解けたＣ５Ｈ１１ＯＨ溶液にフェノールフタレイン溶液を加えるとは発色します。
これに水を加えます。２層に別れます。水は下層です。
試験管を振って混ぜて行きます。
混ぜて行くに従ってフェノールフタレインの発色部分が水の層に移って行きます。
最終的にペンタノール部分の赤紫色は消えてしまいます。水の層が赤くなっています。

ＮａＯＨは水に溶けますがペンタノールには溶けません。

この回答へのお礼

そうなんです！僕が疑問に思ったところは正にそこで、
教科書には「ブレンステッド酸（塩基）はアレニウス酸（塩基）の拡張で、内包している」とあるのですが、簡単な中和反応ひとつ取っても、どう見てもブレンステッド定義の方が分かりにくく、無理やりな気がしてました。。回答ありがとうございました！！

お礼日時：2011/06/23 23:08