塩酸と水酸化ナトリウムの中和反応

質問

なぜ中和反応をすると
H^+ +　OH^- =H2O

Na^+ + Cl^- = NaCl

が起こるんでしょうか。
陽イオンと陰イオンの組み合わせなら、混ぜても
H^+ + Cl^- = HCl
Na^+ + OH^- =NaOH
という反応は起こらないのでしょうか？

回答よろしくおねがいします。

回答No.2

htms42

酸・塩基をどういう風に習われているのでしょうか。
酸・塩基、水溶液、電離などの意味とは無関係にただ記号の操作で反応を考えているだけになっているように思います。

＞陽イオンと陰イオンの組み合わせなら、混ぜても
H^+ + Cl^- = HCl
Na^+ + OH^- =NaOH
という反応は起こらないのでしょうか？

塩酸（ＨＣｌの水溶液）と水酸化ナトリウム（ＮａＣｌ）の水溶液を混合した場合について考えているはずですね。塩酸は強い酸性を示す水溶液です。水酸化ナトリウム水溶液は強いアルカリ性を示します。
酸性の水溶液では溶けて存在するＨ^+（正しくはＨ３Ｏ^+）の濃度が水だけの時よりも大きくなっています。このイオンの濃度が酸性の強さを表しています。塩酸が強い酸性を示すというのはＨ^+の濃度が高いということです。強酸と言われている物質の水溶液では酸はほとんど全てイオンに別れて存在しています。
ＨＣｌ⇒Ｈ^+＋Ｃｌ^-　

塩基性の水溶液では溶けて存在するＯＨ^-の濃度が水だけの時よりも大きくなっています。
イオン性の塩基を水に溶かしている場合、溶ければ全てイオンに別れて存在しています。
（イオンに別れていなければ溶けていない小さな固体の粒が散らばっているということになりますから濁って見えます。従って「イオン性の強塩基とは比較的溶解度の大きい塩基（水酸化物）だ」ということです。溶解度の小さい水酸化物は弱塩基です。アンモニアのような分子性の塩基とは区別して考える必要があります。）
ＮａＯＨ⇒Ｎａ^+＋ＯＨ^-

どの本でも書かれている内容です。必ず習っているはずです。これが出発点です。

これを混ぜるのです。なぜ元に戻ると考えるのでしょうか。
Ｈ^+とＣｌ^-がくっついてＨＣｌができるということはＨＣｌを水に溶かす前の状態に戻るということです。
Ｎａ^+とＯＨ^-がくっついてＮａＯＨが出来るということはＮａＯＨを水に溶かす前の状態に戻るということです。
溶けているのですからイオンに別れてばらばらになっている状態のままになっているはずです。
水溶液を作った時よりも結びつきが強くなる理由というのは存在しません。（加熱して水を減らしたというような状況は今考えている中和反応では関係ないとしていいことのはずです。）

２つの水溶液を混ぜると４種類のイオンが混ざって存在します。
これらのイオンの中で何か特別に強い結びつきが生じるような組み合わせがあればその組み合わせが生じます。そういう組み合わせがなければただ混ざっているだけです。
初めになかった新しい組み合わせが生じれば反応が起こったと言います。

Ｈ^+、Ｎａ^+、ＯＨ^-、Ｃｌ^-の４つのイオンの作る組み合わせでは
初めになかった組み合わせは
（Ａ）Ｎａ^+とＣｌ^-
（Ｂ）Ｈ^+とＯＨ^-
の２つです。
この組み合わせの中に特に強い結びつきを生じるものがあれば新しい物質が生じたということができます。
（Ａ）の結びつきは生じません。くっつきません。ＮａＣlは水によく溶ける物質です。食塩水の中ではＮａ^+とＣｌ^-がばらばらになって存在しています。
（Ｂ）の組み合わせが強い結びつきを生じるのです。
　　　Ｈ^+＋ＯＨ^-　⇒　Ｈ２Ｏ

水はイオンに別れる性質の弱い物質です。純度の高い水は電圧をかけても電流は流れません。
「イオンに別れる性質が弱い」というのは「イオンが出会えばくっつくという性質が強い」ということです。
（１Ｌの水の中でイオンに別れて存在しているＨ２Ｏの量は１×１０^(-7)ｍｏｌだというのも習っているのではないでしょうか。１Ｌの水はＨ２Ｏが５６ｍｏｌあるのと同じです。イオンに別れている水の割合は６億分の１です。この濃度は普通出てくる難溶性の塩に比べても小さいです。ＡｇＣｌは沈澱を生じる物質として有名です。１Ｌの水に溶けるＡｇＣｌの量は１．１×１０^(-5)ｍｏｌです。これがイオンに別れて存在しているＡｇＣｌの量です。）

（Ａ）、（Ｂ）の組み合わせの中でくっつくのは（Ｂ）だけです。（Ａ）はくっつきません。イオンに別れてばらばらに存在しているだけです。Ｈ^+とＯＨ^-がくっついてしまったので残りの組み合わせとして決まってしまったということです。

酸、塩基の中和反応というのは全てこの反応が起こることが決め手です。
酸性溶液に含まれているＨ^+とアルカリ性溶液に含まれているＯＨ^-がくっついて水になるのです。
　Ｈ^+＋ＯＨ^-　⇒　Ｈ２Ｏ
それによって
酸性溶液の中に含まれていたＨ^+、アルカリ性溶液に含まれていたＯＨ^-が減少します。
酸性、アルカリ性は弱くなります。

「ＮａＣｌができた」と言うのは「ＮａＣｌを水に溶かしたものと同じ状態が実現している」という意味でです。
２つの溶液を混ぜればＮａ^+とＣｌ^-がくっつくという意味ではありません。
（もしかしたら中学校あたりではそういう風に（Ｎａ^+とＣｌ^-がくっつくという風に）教えているのかもしれません。そうだとしたら困ったことです。）

２つの物質を混ぜればいつでも反応が起こると考える人がいるようです。
でも初めになかった何か新しい組み合わせが強い結びつきを生じる場合にだけ新しい物質ができるのです。反応が起こったと言うことができるのはその場合だけです。

ＮａＣｌの水溶液とＫＮＯ３の水溶液を混ぜたとします。何も起こりません。混合溶液ができるだけです。
ＮａＣｌ＋ＫＮＯ３⇒ＮａＮＯ３＋ＫＣｌ
式の上だけで組み合わせを変えれば反応式だということは成り立ちません。反応が起こらなければ反応式は意味を持たないのです。

沈澱が生じるような場合であればそれは強い結びつきが存在するということを表していることになります。でも水の中で水ができても分からないからいろんな誤解が生じるのでしょう。酸性、アルカリ性という性質が弱くなっているということで水ができているという判断をしていることになるのです。

回答No.1

NNori

化学反応の場合は、よりエネルギーの低い方へ反応するものと、エネルギーが同じでも乱雑さが多くなるように反応するものがあります。
エネルギーが低い方へ反応する例として、例えば坂道をビー玉が転がり落ちることを考えてください。
ビー玉は坂を下るけれども上りはしませんよね。でも手でビー玉を押してあげればあがります。
つまり塩酸と水酸化ナトリウムが仲良く混ざっているよりも、水と食塩になっているほうがエネルギーが低い状態なのです。

乱雑さの例としては、水にインクを一滴落とすことを考えてください。インクは広がっていきますよね。これはエネルギーが低い方にいっているのではなく、乱雑さが多くなる方向への反応です。（ほっておいてインクが一か所に固まるということは絶対ないですよね。）