pHの定義について

質問

pH、つまり水素イオン指数の定義は、「水溶液中のH^+のモル濃度を10^(-n)mol/l で表したときの、nの値」だったと思いますが、なぜこの定義なんですか？

というのも、例えば100%塩酸（完全電離）が1リットルあるのであれば、そのモル濃度は (10^3x1.64（密度）g / 36.45g ) / 1l で、明らかに1.0以下にはなりません。つまりpHは普通にマイナスになるのです。

そもそも、質問の仕方が間違っているかもしれませんが、この解釈・論理は間違っていますか？自分では分からないのですが、この論理が正しければ、そもそもpHの定義に入らない物質（強電解質）が沢山あるのでは？

何でしょう。手助けして頂けないでしょうか。

回答No.3

noname#62864 · ベストアンサー

pHの定義に関しては、そう定義するのが便利であると考える人が多いからそうなっているのだと思います。その値がマイナスになってもかまわないんじゃないですか。そもそも、pHがlog[H+]ではなく、-log[H+]となっているのは出来るだけマイナスにならないようにという配慮でしょうね。

なお、塩酸の場合には気体であるHClの水溶液ですので、濃度は最大でも12M程度ですから、完全解離としてもpHは-1程度ですね。濃硫酸であれば、18Mですので、これも完全解離で-1に近い値ですね。また、そもそも濃硫酸はほとんど解離していませんしね。
そもそも、pHというのは水溶液に関する議論であり、その値と関連した物理化学的な議論を行う時に濃厚な溶液のことはあまり扱いません。なぜなら、濃度が高くなると理論式からのずれが大きくなり、煩雑になり、物理化学的な意味合いが不明確になるということだと思います。

＞この解釈・論理は間違っていますか？
基本的に間違っていません。pHがマイナスになることはあります。ただし、強酸だからといって完全解離しているとは限りません。

＞そもそもpHの定義に入らない物質（強電解質）が沢山あるのでは？
pHの定義というのは、ある特定の水溶液についての-log[H+]です。したがって、質問そのものが意味をなしていないと思います。
濃厚溶液の場合にpHがマイナスになるような酸があるかという質問であれば「あります」という答えになります。そのことはpHの定義とは全く矛盾しません。見なれないので違和感があるということであればそうかもしれませんがそれは本質的な問題ではありません。pHは0と14の間に限定して定義されているわけではないということです。

ちなみに、Wikipediaの超酸に関する議論も変ですね。水溶液という原則から離れていますね。

お礼

回答していただいた皆さん、有難う御座いました。

補足

なるほど！

＞なお、塩酸の場合には気体であるHClの水溶液ですので、濃度は最大でも12M程度ですから、完全解離としてもpHは-1程度ですね。濃硫酸であれば、18Mですので、これも完全解離で-1に近い値ですね。また、そもそも濃硫酸はほとんど解離していませんしね。
そもそも、pHというのは水溶液に関する議論であり、その値と関連した物理化学的な議論を行う時に濃厚な溶液のことはあまり扱いません。なぜなら、濃度が高くなると理論式からのずれが大きくなり、煩雑になり、物理化学的な意味合いが不明確になるということだと思います。

正直なところ、化学についてあまり理解して無いので、どこが可笑しいのが自分でもはっきりしない状況でした。

上のように考えると、一般的な１～１４（０の場合も）というpHの範囲は、扱う殆どの物質、水溶液が当て嵌まるから、ということですね。

始めは、強電解質なら普通に（絶対値の大きい）マイナスになるのでは？と思ったのですが、どうやらそういうわけでもなさそうですね。今回の質問で、だいたいの流れが掴めたので、大きな収穫でした。

あとは、また自分でいろいろと調べてみたいと思います。回答していただいた皆さん、有難う御座いました。

回答No.2

Tacosan

#1 で挙げられた Wikipedia では「水溶液中のH^+のモル濃度を10^(-n)mol/l で表したときの、nの値」という定義をしていませんね.

お礼

僕が何を言っているのか理解できましたでしょうか？我ながら、分かりにくい質問でした..。

ご指摘有難う御座います。

回答No.1

shintaro-2

wikiの
　値の範囲　の項目をご確認ください。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%B4%E7%B4%A0%E3%82%A4%E3%82%AA%E3%83%B3%E6%8C%87%E6%95%B0

お礼

回答していただいた皆さん、有難う御座いました。

補足

僕が言いたいのは、値が０～１４に以外になるので変だ、ってことではありません。

↑の質問文のように考えれば、この範囲に入らないものも増えてくるのでは？ということです。だったら、始めからそういったものも数値として定義に入れたらいいのでは。と思いました。

余談ですが、wikipediaの項目はすでに見ていました。