この計算ツールでできること
「弱塩基のpH計算ツール」は、塩基解離定数（Kb）と初期モル濃度（C）が分かっているときに、弱塩基水溶液のpH・pOH・水酸化物イオン濃度を見積もるツールです。アンモニア、メチルアミン、ピリジンといった弱塩基は水中で一部しか電離しないため、溶液が実際にどの程度塩基性なのかを知るには、平衡を考えたシンプルな式が必要になります。
使い方
塩基のKb値（例：アンモニアなら \(1.8\times10^{-5}\)）と、初期濃度をモル毎リットル（mol/L）で入力します。すると、水酸化物イオン濃度 \([\text{OH}^-]\)、pOH、最終的なpHが算出されます。計算結果はすべて 25 °C を前提としており、この温度では水のイオン積から \(\text{pH} + \text{pOH} = 14\) が成り立ちます。
計算式の解説
弱塩基 B が \(\text{B} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{BH}^+ + \text{OH}^-\) のように反応するとき、平衡定数は \(\text{Kb} = \frac{[\text{BH}^+][\text{OH}^-]}{[\text{B}]}\) と表されます。電離の度合いが小さい場合は \([\text{BH}^+] \approx [\text{OH}^-] = x\)、\([\text{B}] \approx C\) と近似でき、\(\text{Kb} \approx \frac{x^2}{C}\) となります。これを \(x\) について解くと、平方根近似
$$[\text{OH}^-] = \sqrt{\text{Kb}\cdot C}$$が得られます。あとは \(\text{pOH} = -\log[\text{OH}^-]\)、\(\text{pH} = 14 - \text{pOH}\) で求められます。
計算例
\(\text{Kb} = 1.8\times10^{-5}\) の 0.1 M アンモニアの場合：
$$[\text{OH}^-] = \sqrt{1.8\times10^{-5} \times 0.1} = \sqrt{1.8\times10^{-6}} \approx 1.342\times10^{-3}\ \text{mol/L}$$となります。\(\text{pOH} = -\log(1.342\times10^{-3}) \approx 2.87\) なので、\(\text{pH} = 14 - 2.87 \approx 11.13\)。つまり、ほどよく塩基性の溶液であることが分かります。
よくある質問
この近似はどんなときに正確ですか？ 塩基が十分に弱く、濃度が低すぎない場合に信頼できます。具体的には、\(x\) が \(C\) に比べて十分小さい（目安として電離率が約5%未満）ときです。
Kbの代わりにKaを使えますか？ \(\text{Kb} = \frac{\text{Kw}}{\text{Ka}} = \frac{1.0\times10^{-14}}{\text{Ka}}\) で変換し、その Kb をここに入力してください。
なぜpHが7より大きくなるのですか？ 塩基は水酸化物イオンを過剰に生じさせるため、pOHが下がり、その分pHが中性の7より高くなります。
