水素イオンの奪い合い!?重曹がアルカリ性になるミクロな理由

サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。

キッチンでおなじみの「重曹」(炭酸水素ナトリウム)。お菓子をふくらませたり、お掃除に使ったりと大活躍ですよね。実はこの白い粉、水に溶かすと「アルカリ性」という性質を示します。私は単に覚えているだけでした。

でも、一体なぜアルカリ性になるのでしょうか?

OHが含まれているようには思いませんよね。その秘密は、ミクロの世界で行われている「水素イオンの奪い合い」にありました。

 水に溶けてイオンに分かれる(電離)

炭酸水素ナトリウムを水に入れると、まずナトリウムイオンと炭酸水素イオンという2つの仲間に分かれます。これを「電離」といいます。

2. 炭酸水素イオンが水と反応する(加水分解)

ここからが本番です。分かれた炭酸水素イオンは、実はちょっぴり「欲しがり屋」さん。水分子のそばに寄っていき、水素イオンをひとつ奪い取ってしまうのです。

この反応によって、水の中に水酸化物イオンが生まれます。液体の性質がアルカリ性になるのは、この「水酸化物イオン」が増えるからなのです。

なぜ「弱」アルカリ性なの?

上記の化学反応式の矢印が (逆向きもある)になっているのがポイントです。炭酸水素イオンは、水から水素を奪う力がそれほど強くありません。そのため、すべてのイオンが反応するわけではなく、出てくる 水酸化物イオン の量は控えめです。だから、私たちの肌にも優しい穏やかな弱アルカリ性を示すのですね。

炭酸ナトリウムはなぜ「強」アルカリ?

重曹はマイルドでしたが、熱すると出てくる兄弟分の炭酸ナトリウム(炭酸ソーダ)はもっとパワフルです。かなり強いアルカリ性を示しますが、その理由は重曹よりも「水酸化物イオンを放出する力が圧倒的に強いから」です。こちらもミクロの視点で紐解いてみましょう。

 イオンへの電離

炭酸ナトリウムは水に溶けると、ナトリウムイオンと炭酸イオンに分かれます。

水との激しい反応(加水分解)

ここが重曹との大きな違いです。この炭酸イオンは、重曹の時の炭酸水素イオンよりもずっと不安定で、「水分子から水素イオンを奪いたい!」という力が非常に強い性質を持っています。

この「奪い取る力」の強さによって、水の中には大量の水酸化物イオンが放出されることになります。

どれくらい強さが違うの?

pHの違い:

炭酸水素ナトリウム(重曹):pH 8.3 前後(弱アルカリ性)

炭酸ナトリウム:pH 11 前後(強いアルカリ性)

驚くべきことに、pHが「3」違うということは、アルカリの強さの指標である 水酸化物イオンの濃度が1000倍近く違うことを意味します。重曹が「お料理」に使えるのに対し、炭酸ナトリウムが「強力な油汚れ落とし」に使われるのも、このパワーの差があるからなんですね。化学の世界は、たった一つの粒子のやり取りで、これほどまでに性質が変わる不思議に満ちています!

お問い合わせ・ご依頼について

科学の不思議やおもしろさをもっと身近に!自宅でできる楽しい科学実験や、そのコツをわかりやすくまとめています。いろいろ検索してみてください!
・科学のネタ帳の内容が本になりました。詳しくはこちら
・運営者の桑子研についてはこちら
・各種ご依頼(執筆・講演・実験教室・TV監修・出演など)はこちら
・記事の更新情報はXで配信中

科学のネタチャンネルでは実験動画を配信中!

3月のイチオシ実験!

  • 押し花を作ろう!:梅や桜の花の押し花を作ってみましょう。特別なケースに入れると、長く保存できて、しおりにもなります。

テレビ番組・科学監修等のお知らせ

書籍のお知らせ

講師・ショー・その他お知らせ

Explore

  • 楽しい実験…お子さんと一緒に夢中になれるイチオシの科学実験を多数紹介しています。また、高校物理の理解を深めるための動画教材も用意しました。
  • 理科の教材… 理科教師をバックアップ!授業の質を高め、準備を効率化するための選りすぐりの教材を紹介しています。
  • Youtube…科学実験等の動画を配信しています。
  • 科学ラジオ …科学トピックをほぼ毎日配信中!AI技術を駆使して作成した「耳で楽しむ科学」をお届けします。
  • 講演 …全国各地で実験講習会・サイエンスショー等を行っています。
  • About …「科学のネタ帳」のコンセプトや、運営者である桑子研のプロフィール・想いをまとめています。
  • お問い合わせ …実験教室のご依頼、執筆・講演の相談、科学監修等はこちらのフォームからお寄せください。