純水の電離度と水のイオン積についての解説

水の電離度とそのイオン積に関する問題は、化学の基本的な理解を深めるために重要です。今回は「純水(密度1.0g/cm³)の電離度」を求める問題について、イオン積の式を使って解説します。

1. 水の電離度とイオン積

水は非常に弱い酸と塩基として電離します。水の電離反応は以下の式で表されます。

H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻

この反応の平衡定数は、いわゆる「水のイオン積（Kw）」であり、温度25℃では定数はおおよそ 1.0 × 10⁻¹⁴ mol²/L² です。これに基づいて、純水中ではH⁺とOH⁻の濃度は等しく、各々 1.0 × 10⁻⁷ mol/L です。

電離度（α）とは、物質がどれだけ電離しているかを示す値で、以下の式で表されます。

α = (電離した分子の数) / (総分子の数)

純水では、電離する水分子の数がごくわずかで、残りの水分子は電離しません。したがって、αは非常に小さな値になります。

純水1L中には、H⁺およびOH⁻の濃度がそれぞれ 1.0 × 10⁻⁷ mol/L であるため、1Lの水におけるH⁺およびOH⁻の総数は次のように計算できます。

H⁺ = 1.0 × 10⁻⁷ mol/L × 1L = 1.0 × 10⁻⁷ mol

これは水1L中に1.0 × 10⁻⁷ molのH⁺とOH⁻が存在していることを示します。

「1.0×10⁻⁷」という値は、水中のH⁺（およびOH⁻）の濃度を示しています。この値は、水の電離反応における平衡状態でのH⁺とOH⁻の濃度が非常に小さいことを示しており、これは純水が非常に弱い酸および塩基であることを示しています。

純水の電離度を求めるには、まず水のイオン積（Kw）を理解し、それに基づいてH⁺およびOH⁻の濃度を計算することが重要です。純水におけるH⁺とOH⁻の濃度は1.0×10⁻⁷ mol/Lであり、この値から電離度を求めることができます。