酸、塩基、中和反応

酸塩基反応とは、水素イオン（ H⁺ ）がある化学種から別の化学種に移動する反応です。 このような反応は、細胞や湖、海洋内の化学的変化から、産業規模での肥料、医薬品、その他社会に不可欠な物質の生産まで、数多くの自然・技術的なプロセスにとって重要なものとなっています。

酸を定義する方法はいくつかあります。 水溶液の場合、酸は溶解して水素イオンを生成する物質のことです。

これは、スウェーデンの化学者である スヴァンテ・アレニウス (1859 – 1927) にちなんで名付けられた酸の定義です。 H⁺記号で表される水素イオンはプロトンと呼ばれます。 溶液中では、プロトンは、酸素の単独ペアを通じて水分子と化学的に結合し、ヒドロニウムイオン、 H₃O⁺ を形成します。

酸のイオン化の化学方程式は、次のように書かれます。

この方法で水と完全に反応する酸を強酸と呼びます。 HCl 、 HNO₃ 、および HBr は、その例です。

日常生活で遭遇するほとんどの酸は弱酸です。 果物中のクエン酸、酢中の酢酸、牛乳中の乳酸などがその例です。 弱酸のよく知られた例は酢酸、食用酢の主要な原料です。 一般的な条件下で水に溶解した場合、イオン化した状態CH₃CO₂⁻では酢酸分子の約 1% しか存在しません。

上の方程式で二重矢印を使用することは、このプロセスの部分的な反応であることを表しています。

塩基は、水酸化物イオンを生成するために水に溶解する物質です。 最も一般的な塩基は、アルカリまたはアルカリ土類の金属陽イオン（ 1 および 2 族）と水酸化物イオン（ 例えばNaOH 、 Ca(OH)₂など）で構成されるイオン化合物です。 前述した酸化合物とは異なり、これらの化合物は水と化学的に反応しません。その代わり、溶液に水酸化物イオンを直接放出して溶解および解離します。 たとえば、 KOH とBa(OH)₂ は水に溶解して完全に解離し、陽イオン（それぞれ K⁺ と Ba²⁺ ）と水酸化物イオン（ OH⁻）を生成します。 これらの塩基は、水中で完全に解離する他の水酸化物と同様、強い塩基と考えられています。

水中の水酸化ナトリウムの溶解を例として考えてみます。

この方程式は水酸化ナトリウムが塩基であることを示しています。 水に溶解すると、 NaOH は解離して Na⁺ および OH⁻イオンを生成します。 これは水酸化物イオンを含む他のイオン化合物にも当てはまります。 一般的な条件下でイオン化合物が水に溶解した時点で解離プロセスが基本的に完了するため、 NaOH やその他のイオン水酸化物はすべて強力な塩基として分類されます。

イオン水酸化物とは異なり、一部の化合物は、水分子と化学的に反応することで、水酸化物イオンを生成します。 いずれの場合も、これらの化合物は部分的にしか反応しないため、弱い塩基として分類されます。 この種の化合物は自然にも豊富にあり、さまざまな技術において重要な商品となっています。 たとえば、弱塩基のアンモニアの世界生産量は、農業用肥料、他の化合物の化学合成用原料、家庭用洗剤の有効成分として広く使用されているため、年間 100 トンを超えます。 水に溶解した場合、アンモニアは水酸化物イオンに部分的に反応します（以下を参照）。

これは、定義上、水分子からアンモニア分子への H⁺ イオンの移動を伴う酸塩基反応です。 一般的な条件下では、 NH₄⁺ イオンとして存在するのは溶存アンモニアの約 1% のみです。

中和反応とは、反応物質が酸および塩基（かつ水ではない）であり、生成物が塩および水であることが多い特定のタイプの酸塩基反応です。  

中和反応を説明するために、胃酸過多（ HCl ）による症状を緩和するために、代表的な制酸剤であるマグネシアミルク（固体のMg(OH)₂の水性懸濁液）を摂取した場合にどうなるかを検討してみます。

水に加えて、この反応は塩である塩化マグネシウムを生成することに注意してください。 （強または弱）酸からの H⁺ （aq）は、塩基からの（または水と弱塩基の反応によって生成された） OH⁻（ aq）と結合して H₂O (l)を形成します。 例えば、 HCl （強酸）と NaOH （強塩基）の水溶液間の反応は次のように記述されます。

HCl と NaOH の両方で 100% イオン化が行われます。 したがって、完全なイオン方程式は次のように記述されます。

Cl^–および Na⁺ はキャンセルされる傍観イオンと呼ばれ、正味のイオン方程式は次のようになります。  

このテキストは 、 OpenStax Chemistry 2e のセクション 4.2: 化学反応の分類、に基づいています。