✨ ベストアンサー ✨
かなり長い文ですがご容赦ください。
まず価数が2以上の酸は次の例のように段階的に電離が起こるということを理解しておいて下さい。
EX:硫酸の場合
H2SO4 → H+ + HSO4-
HSO4- → H+ + (SO4)2-
この段階的な反応から分かるように1段回目の電離が起こらないと2段回目は起こりません。
さて硫酸もEXのように段階的に電離を起こしますが、知っての通り硫酸は強酸性です。
つまり硫酸は1段回目の電離が起こると、そのほとんどがそのまま2段回目の電離を起こします。(質問者さんの水を加えていないという理由はHSO4-はそのままH+と(SO4)2-に電離するからです。水の助けなどは必要ありません)
しかし、炭酸のような弱酸はこうはいきません。下に炭酸の電離の式を記します。
H2CO3 ⇄ H+ + (HCO3)- …①
(HCO3)- ⇄ H+ + (CO3)2- …②
炭酸も理論上、上記のような電離を起こすはずですが、炭酸は弱酸なので、①の電離は殆ど起きません。なので②の電離はもう起きていないと見なしても良いです。(この理由によって質問者さんの緑字の反応は起きません)
要するに炭酸は電離してイオンになるよりかはH2CO3という分子のままでいようとする傾向が強いということです。(①の逆反応が起きやすいということ)
そのため水にNaHCO3を溶かすと、まずNa+と(HCO3)-に電離します。この(HCO3)-はイオンのままでいるよりかはどっかからH+を取ってきてH2CO3になろうとする傾向があります。そのH+を渡す役割をするのが水です。
従って次のような反応が起きます
(HCO3)- + H2O ⇄ H2CO3 + OH-
(H2OはH+を取られるので残るのはOH-です)
故にNaHCO3を水に溶かすと弱塩基性を示します。
ざっくりまとめると、弱酸は水を加えるというより水からH+を奪って塩基性を示し、強酸は水の助けなしにそのまま2段回目の電離を起こします。
基本的には強酸は自力でH+を放出し、弱酸は水からH+を奪って元の酸に戻ろうとする傾向があるのは間違いないです。
ただし、リン酸のように弱酸でも比較的第一段回目の電離が起きやすい酸だとその酸の塩は酸性を示すことがあります。
(今回は説明の便宜上、強酸だから弱酸だからと決めつけて言いました。指摘されたリン酸は考えるのが難しいため、そこを突っ込まれるとは思ってませんでした。申し訳ないです)
リン酸についても説明しておきます。ここからは電離定数を用いて説明していきます。
リン酸の電離の反応式と電離定数を以下に記します。電離定数は上から順にK1,K2,K3とします。(電離定数の値はwikipediaより抜粋)
H3PO4 ⇄ H+ + (H2PO4)- K1=7.5*10^-3
(H2PO4)- ⇄ H+ + (HPO4)2- K2=6.2*10^-8
(HPO4)2- ⇄ H+ + (PO4)3- K3=2.14*10^-13
実はリン酸の第一電離は炭酸と比べると比較的大きいです。
なのでリン酸は弱酸の中でも比較的第一電離が起きやすい部類になります。
ここからNaH2PO4を水に溶かした場合を考えます。この時にできる(H2PO4)-はH+をもらって元の酸に戻るかH+を放出して(HPO4)2-になるかの2択になります。
これらの2つの起こりやすさで酸性側になるのか塩基性側になるのかが決まります。
後者の平衡定数は2段回目の電離からK2=6.2*10^-8です。
次に前者について。前者の水からH+をもらってH3PO4に戻る反応は以下のようになります。
(H2PO4)- +H2O ⇄ H3PO4 + OH-
この加水分解定数をKhとおき、Khを求めます。
Kh=[H3PO4][OH-]/[(H2PO4)2-] となります。
分母分子に[H+]を掛けると
Kh=[H3PO4][OH-][H+]/[(H2PO4)2-][H+]
=Kw/K1 (Kwは水のイオン積)
=1.0*10^-14/7.5*10^-3
≒1.3*10^-12
よってK2>Khとなるため、K2の方が進行しやすいことがわかり、結局(H2PO4)-はどちらかと言うとH+を出す方向に進行します。(ただし実際は極めて弱い酸になるそうです)
というように本当は弱酸でもその塩は塩基性を示すとは限りません。
特に比較的第一電離を起こしやすいリン酸は液性自体は弱酸性に分類されることが多いですが、今回のように強酸としての性質を見せたりもします。
というよりそもそも酸、塩基の強弱は相対的なものなのでこっちから左は強酸、右は弱酸と決めつけられるものではありません。なのでリン酸はこの性質から強酸と分類することもできなくはないです。
ただしNa2HPO4の場合だとK3<Khの方が大きくなるので液性は塩基性を示します。(式は長くなるので省略)
説明が大雑把なもので申し訳ありませんでした。
なるほどです！！詳しいところまでありがとうございました！
強酸だから弱酸だからということだとリン酸二水素ナトリウムは弱酸のはずなのになぜこうなるのですか？