masa-balanceとcharge-balance

質問

例えば、H2CO3aqについて
H2CO3可逆2H++CO32-
となり、
mass-balanceであらわすと
[CO2]t=[H2CO3]+[Hco3-]+[CO32-]
というのはわかるんですが、charge-balanceであらわすと
[H+]=[OH-]+[HCO3-]+2[CO32-]
とあらわせてしかも[OH-]と2[CO32-]が０に近似なのそうです。
[CO32-]が近似なのはpHのグラフを計算して書いてわかったのですが[OH-]が０に近似する理由がわかりません。炭酸水素は酸性だからなのでしょう？
あとなぜcharge-balanceは上のようなあらわしたかをするのかわかりません。
[H+]のモル濃度についての式なんですよね？でもOHがでてきたり意味がちょっと・・・・。

どうか、知っている方は回答おねがいします！

回答No.3

loveobo · ベストアンサー

> というのも合計という概念がちょっとピンときません
＃２さんのご説明は、溶液中のH+の由来を (1) 水の解離、(2) 炭酸が
１段目の解離、(3) 炭酸の２段目の解離に分けておられます。各々の
由来のH+を合計すると、実際の溶液中のH+濃度になるという考え方です。

別の見方をして、溶液中のH+を「水由来であろうと炭酸由来であろうと
区別できない」と考えてみましょうか。溶液中で正電荷を持つのはH+
しかありません。一方、OH- と HCO3- が各々１価の負電荷を持ち、
CO3-- が２価の負電荷を持ちます。『溶液全体では電気的に中性』
なので、[H+] = [OH-] + [HCO3-] + 2 [CO3--] となります。

次に、なぜ [OH-] と [CO3--] をゼロ近似できるかです。まず、炭酸は
弱酸であり、２段目の解離がほとんど無視できるから、[CO3--]≒０
とします。次に、水溶液では [H+] [OH-] = 10^-14 が成立しており、
対象とするpH領域（酸性領域）での [OH-] は [H+] や [HCO3-] や
[H2CO3] より何桁も小さので、mass/chargeバランスの『足し算』
ではゼロとみなせるということです。

外部から水酸化ナトリウムを加えることを考えても、mass/charge
バランスの考え方は同じです。
mass：[全炭酸根] = [H2CO3] + [HCO3-] + [CO3--]
charge：[H+] + [Na+] = [OH-] + [HCO3-] + 2 [CO3--]
ただし、近似の事情は変わり、高pH領域では [H2CO3] と [H+] が
ゼロ近似の対象になりましょう。パソコンで力ずくの計算が許されるなら、
近似なしで、解離平衡定数から広いpH領域で各成分の濃度をシミュレート
できます。そうすると、ゼロ近似の妥当性を実感できると思います。

＃最後は参考ＵＲＬの積み残しに関連して脱線しました。いかがでしょう？

参考URL：

http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=221996

お礼

ありがとうございます！！！！！
チャージバランスについて本当にわかりやすく書いてくださって感謝してます。参考ＵＲＬも拝見しました。

僕の疑問はこれでだいたい頭の中で整理できました。３人の方々本当にありがとうございます。今、高３で予備校ではじめて平衡をならってかなりとまどってましたがどうにか整理できました。またいつか考えても考えてわからないことが出てきたときには助けてくれたらうれしいです。これで今回の登校は締め切らせていただきます。

本当にありがとうございます！！！！

回答No.2

rei00

> チャージバランスはイオンのバランスみたいなもの
> なんですかね・・・・。

　そうです。今の場合，H+ が何に由来するかを考えて下さい。次の３式が可能です。

　　H2O → H+ ＋ OH-　　　　(1)
　　H2CO3 → H+ ＋ HCO3-　　(2)
　　H2CO3 → 2H+ ＋ CO3-　　(3)

　(1) 式（水の電離）による H+ の濃度は OH- 濃度と同じです。同様に，(2) 式による H+ の濃度は HCO3- の濃度と同じで，(3) 式による H+ の濃度は CO3- の濃度の２倍です。

　したがって，溶液中の H+ の濃度はこれらの合計であり，「OH- 濃度」＋「HCO3-」濃度＋「CO3- 濃度の２倍」になります。

　いかがでしょうか？

お礼

お返事ありがとうございます！！！

なんとなくわかりました。というのも合計という概念がちょっとピンときません・・・。でも状態によって[HCO3-]や[CO3-]が変化して合計のモル分率が１００％になるから納得はいきます・・・。僕がまだなれてないからなんでしょう・・・。
もしよかったらまたレスお願いします！！！

回答No.1

psa29

水溶液中での反応ですから、水のイオン積を考慮に入れていると思いますよ。

[H+]・[OH-]＝10のマイナス14乗ですから、ある程度水素イオン濃度が高ければ、[OH-]の濃度を0に近似しても良いのではないかと思います。
水のイオン積を考慮に入れて、プラスイオンとマイナスイオンとのバランスを考えると
＞[H+]=[OH-]+[HCO3-]+2[CO32-] 　　
になりますよ。

お礼

ありがとうございます！！！！
そうですよね、累乗だから２乗違うだけでかなり違いますもんね。
チャージバランスはイオンのバランスみたいなものなんですかね・・・・。もう少しじっくり考えてみます！ありがとうございます！！！