pHは酸性やアルカリ性を示す重要な数値で、化学や生物学の研究において不可欠な指標です。本記事では、pHがどのように求められるのか、酸性や中性のpHの違い、また強酸の希釈とその影響について解説します。これらの知識を通して、pHの理解を深め、化学反応や物質の性質を正確に捉えることができます。
pHとは何の大きさにもとづいて求められるか？
pHは、水溶液中の水素イオン（H+）の濃度に基づいて求められます。pHは、以下の式で表されます：
pH = -log[H+]
ここで、[H+]は水素イオンのモル濃度です。水溶液中の水素イオン濃度が高いほど、pH値は低くなり（酸性）、逆に水素イオン濃度が低いほど、pH値は高くなります（アルカリ性）。このように、pHは水素イオンの濃度に関する数値です。
pHは0から14の範囲で表示され、pH7は中性を示し、7未満は酸性、7を超えるとアルカリ性を示します。酸性度が高いほど、pHは小さくなります。
25℃における酸性と中性のpHの違い
水のpHは温度によって変化しますが、25℃（常温）における基準では、pH7が中性とされています。水が酸性またはアルカリ性になるとき、そのpH値はそれぞれ7未満または7より大きくなります。
酸性のpHは、[H+]が高いことを意味します。酸性の物質（例えば、塩酸など）は水中で水素イオンを放出し、その結果pHが7未満になります。一方、中性のpHは、水が水素イオンと水酸化物イオンのバランスをとっている状態を示します。
強酸を水で希釈したときのpHの変化
強酸を水で希釈することで、pH値は上昇しますが、希釈が進むにつれてその上昇速度は遅くなります。質問者が述べた誤った考え「強酸の水溶液を水で10倍に希釈すると、(H+)が10分の1になり、pHが1大きくなる」という説明は正確ではありません。
pHの計算では、(H+)の濃度が10倍に減るとpHは1増加するため、希釈によりpHが大きく変わることは確かですが、繰り返し希釈を続けても、強酸が完全に中性に変わることはありません。水での希釈はpHを高めますが、強酸の性質（非常に低い[H+]濃度）を完全に消すことはできません。
強酸の希釈と中和について
強酸を水で希釈しても、その酸性度が消えることはありません。強酸の特徴はその強力な水素イオン供給能力にあります。例えば、塩酸や硫酸は水で希釈しても依然として強い酸性を示し、pHは急激に上昇することはありません。希釈を繰り返すことでpHが高くなることは確かですが、希釈限界においても強酸の特性は残り、塩基性に変わることはないのです。
pHを完全に中性にするためには、強酸と強塩基を適切な割合で反応させる必要があります。このように、pHの変化は酸と塩基のバランスに依存しており、希釈だけでは中和できません。
まとめ
pHは水素イオン濃度に基づいて求められ、酸性、アルカリ性、または中性の状態を示します。酸性と中性の違いは水溶液中の水素イオン濃度の違いに起因し、pH7は中性、7未満は酸性、7以上はアルカリ性を意味します。強酸を水で希釈した際、pHは上昇しますが、強酸が中性に変わることはありません。希釈によるpHの変化には限界があり、完全な中和には別の反応が必要です。
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