スルファミン酸溶液のpH調整について

質問

Ka=0.101 のスルファミン酸溶液（pH4.0）1.0Lに炭酸を加えてpH5.0にしたいのですが、炭酸の添加量を教えて下さい。
炭酸濃度は添加量によって決めようと思うので、まだ未定です。
（炭酸 pKa1=3.6,pKa2=10.25）
(スルファミン酸は、硫酸のHがスルホン酸基とアミノ基に置換された構造をしています)

どうかよろしくお願いします。

回答No.6

nious

pH=4.0の硫酸1Lに対してNiCO3を加えてpH=5.0にする場合でいいんですかね。

この場合、硫酸の初濃度は約5.0*10^(-5)Mになるから、
同様に考えると結果は同じで、加えるNiCO3は4.6*10^(-5)molになります。

硫酸の解離：
H2SO4 → H^+ + HSO4^- ；100%解離
HSO4^- ⇔ H^+ + SO4^2-；Ka=1.2*10^(-2)

スルファミン酸の解離：
H3N^+━SO3^- ⇔ H^+ + H2N━SO3^-；Ka=0.10

回答No.5

nious

#3ですが、とりあえずこれまでの概要をまとめておきます。
何か誤解や勘違いがあったら指摘してくらさい。

計算上は、pH=4.0のスルファミン酸水溶液1.0Lに対して、
NiCO3を4.6*10^(-5)mol加えるとこれらは全てが溶けて、pH=5.0になるという事です。

またこの時、溶液中の主な化学種の濃度は次のようになっています。

[H^+]=10^(-5)、[H2NSO3^-]≒10^(-4)、[Ni^2+]≒4.6*10^(-5)
[H2CO3]≒4.4*10^(-5)、[HCO3^-]≒2*10^(-6)、[CO3^2-]≒8.8*10^(-12)

考え方によっては溶液中に「4.6*10^(-5)Mのスルファミン酸ニッケル：Ni(H2NSO3)2」
が存在していると見なせるでしょう。

よく知りませんが、こんな低い濃度でメッキするんでしょうかね。
またメッキする一つの条件としてpH=5.0があるんですかね。

無知でどーもすいやせん。

お礼

お礼が遅くなり、大変申し訳ありませんでした。
niousさんの回答のお陰で何歩も前進することができました。

本当にありがとうございます。

補足

もうひとつ質問させて下さい！！

このスルファミン酸が硫酸だった場合はどのように考えたらいいでしょうか？

たくさん質問して恐縮ですが、よろしくお願いします。

回答No.4

nious

#3ですが、考えてみるとNiCO3は本来は難溶塩ですが、
酸性下では比較的良く溶けます。

最終的にはpH=5.0になるので、このpHに於ける溶解度を
溶解度積：[Ni^2+][CO3^2-]=1.4*10^(-7) から計算すると、0.26Mになるから
問題なく溶けると思います。

お礼

丁寧な回答をありがとうございました！！
こんなに早く回答を頂けるとは思っていなかったのでとてもうれしいです。

niousさんの回答を基に再チャレンジしてみます！！！

回答No.3

nious

#2ですが、とりあえず溶解度は無視して計算してみます。すると、

pH=4.0のスルファミン酸水溶液(濃度C)から、
[H^+]^2/(C-[H^+])≒Ka=0.101 → C≒10^(-4)Mの濃度が分かるので、
この1Lに加えるNiCO3をx(mol)とすれば電荷均衡、質量作用則などから、

[H^+]+2[Ni^2+]=[HCO3^-]+2[CO3^2-]+[H2NSO3^-]+[OH^-]
これがpH=5.0になるから近似的に、
[H^+]+2[Ni^2+]≒[HCO3^-]+[H2NSO3^-]
→ [H^+]+2x≒{x*K1/([H^+]+K1)}+C
→ x≒(C-[H^+])*([H^+]+K1)/(2[H^+]+K1)
ここで[H^+]=10^(-5)、炭酸のK1=4.6*10^(-7)を使うと、
x≒4.6*10^(-5)molになりますが、
溶解度の8*10^(-4)Mより小さいので、これならなんとか溶けそうですね。

おしまい。

回答No.2

nious

炭酸ニッケル(NiCO3)は溶けると弱塩基(CO3^2-)になります。
だからpHを上げる事はもちろん可能だと思います。

従って、弱酸としてのスルファミン酸と弱塩基のCO3^2-の中和を考えろ、
と言う事なのでしょうかね。

しかしこの塩の溶解度は小さく、約8*10^(-4)Mの難溶塩だから、
溶解度積がからんでくる可能性があるので、そうなるとpHの計算はややこしくなりそうですね。

とりあえずそれを無視して考えると、
2H2N-SO3H + CO3^2- ⇔ 2H2N-SO3^- + H2CO3
が中和になりますかね。

お礼

niousさんって一体何をされているんでしょうか！？
書籍やネットで調べてもヒントを見つけるのにもかなり苦戦したのに・・・
すごいです！！！

こんなに教えていただいていて恐縮ですが、炭酸ニッケルの添加量の計算方法も教えていただけないでしょうか？？

回答No.1

nious

弱酸の水溶液を加えてpHを上げるとは？？？
これは殆ど、水のように非常に希薄な弱酸の水溶液を多量に加えて、
「単にスルファミン酸を薄める事によりpHを上昇させる」
のと余り変わらない気がしますが。

お礼

回答ありがとうございます。

今回の質問ですが、
スルファミン酸浴でニッケルめっきをしていて、そのpH調整に用いている薬品が炭酸ニッケルなんです。そこで、添加する炭酸ニッケルの量を知りたく、この質問をしました。
私もniosさんと同じく、炭酸でpH調整をするのに疑問があるのですが、どうやら弱酸と弱塩基の中和で問題が解決するそうなのです。
ですが、考えが先に進まず、とても困っています。
どうかアドバイスいただけないでしょうか？