高校化学「高分子化合物」グリシンの等電点の計算

高校化学「高分子化合物」グリシンの等電点の計算

■問題

グリシンは水溶液中で、

Ｈ₃Ｎ⁺−ＣＨ₂−ＣＯＯＨ，Ｈ₃Ｎ⁺−ＣＨ₂−ＣＯＯ^-，Ｈ₂Ｎ−ＣＨ₂−ＣＯＯ^-

の形で存在し、以下の式の電離平衡が成り立つ。

Ｈ₃Ｎ⁺−ＣＨ₂−ＣＯＯＨ⇄Ｈ₃Ｎ⁺−ＣＨ₂−ＣＯＯ^-＋Ｈ⁺　……�@
Ｈ₃Ｎ⁺−ＣＨ₂−ＣＯＯ^-⇄Ｈ₂Ｎ−ＣＨ₂−ＣＯＯ^-＋Ｈ⁺　……�A

�@，�Aの電離定数をそれぞれＫ1，Ｋ2とすると、Ｋ1＝４．０×１０^-3ｍｏｌ／Ｌ，Ｋ2＝２．５×１０^-10ｍｏｌ／Ｌであるとする。

このとき、グリシンの等電点を求めよ。


大学受験を見据えた日々の学習におすすめの問題集です。

化学の良問問題集[化学基礎・化学]


■解答

電離定数が与えられているので、電離平衡の式を立ててみましょう！

「Ａ⇄Ｂ＋Ｃ」の形なので、Ｋ＝[Ｂ][Ｃ]／[Ａ]が成り立ちます。
つまり、

Ｋ1＝[Ｈ₃Ｎ⁺−ＣＨ₂−ＣＯＯ^-][Ｈ⁺]／[Ｈ₃Ｎ⁺−ＣＨ₂−ＣＯＯＨ]
Ｋ2＝[Ｈ₂Ｎ−ＣＨ₂−ＣＯＯ^-][Ｈ⁺]／[Ｈ₃Ｎ⁺−ＣＨ₂−ＣＯＯ^-]

です。
それぞれの式が長いので、ちょっと気づきにくいかも知れませんが、Ｋ1とＫ2をかけると、[Ｈ₃Ｎ⁺−ＣＨ₂−ＣＯＯ^-]が相殺して消えます。やってみると、

Ｋ1×Ｋ2＝([Ｈ₂Ｎ−ＣＨ₂−ＣＯＯ^-]／[Ｈ₃Ｎ⁺−ＣＨ₂−ＣＯＯＨ])×[Ｈ⁺]²

ですね。

そして等電点では、アミノ酸の陽イオンと陰イオンの濃度が等しくなるので、

[Ｈ₃Ｎ⁺−ＣＨ₂−ＣＯＯＨ]＝[Ｈ₂Ｎ−ＣＨ₂−ＣＯＯ^-]

です。
だから、さらに約分して消えて、

Ｋ1×Ｋ2＝[Ｈ⁺]²

となります。
ここまでくれば、あとは数字を代入して計算でＯＫ！ですね！
Ｋ1＝４．０×１０^-3ｍｏｌ／Ｌ，Ｋ2＝２．５×１０^-10ｍｏｌ／Ｌだから、

[Ｈ⁺]²＝４．０×１０^-3×２．５×１０^-10＝１０×１０^-13
よって、[Ｈ⁺]＝１．０×１０^-6

水素イオン濃度が１．０×１０^-6なので、ｐＨ＝６です。


◆関連項目
アミノ酸，ｐＨ(水素イオン濃度指数)
高分子化合物


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