二塩基酸の中和滴定曲線の解析と酸解離定数の測定 : pHメーターを用いた無機分析実験の教材化

背景と目的：

本研究は、二塩基酸の中和滴定曲線を解析し、酸解離定数（pKa1, pKa2）を決定することを目的としています。酸・塩基およびpHの基本概念は小中学校で教えられ、高校ではさらに詳細な内容が扱われます。しかし、学生がこれらの概念を深く理解するためには、具体的な実験を通じて学ぶことが重要です。先行研究では一塩基酸を対象としていましたが、本研究ではデータ解析理論のより深い理解やデータ処理技術の向上を目的に、二塩基酸に焦点を当てています。

主要な発見：

本研究では、各種の二塩基酸の中和滴定曲線を作成し、それぞれの酸解離定数pKa1, pKa2を正確に決定しました。得られた数値は、市販のpHメーターを使用しても文献値とよく一致することが確認されました。また、各二塩基酸の滴定曲線の形状やpHの高さの違いが視覚的に確認でき、これが異なる二塩基酸の特徴を明確に示すものであると結論づけられました。

方法論：

本研究では、市販の試薬を用いて0.1mol dm-3の二塩基酸試料溶液を調製し、LiOH溶液を用いて滴定を行いました。pHメーターを用いて滴定前と所定量を滴下した後のpHを測定し、これを3回繰り返しました。酸解離定数は、pHとlog([HA]/[H2A]), log([A]/[HA])をプロットし、線形回帰直線の切片から求めました。Excelを使ったデータ解析を行い、各酸解離定数を算出しました。

結論と意義：

酸解離定数pKa1, pKa2の値は、pHメーターの精度範囲内で文献値と一致し、二塩基酸の違いを中和滴定曲線の形状やpH高さで視覚的に捉えることができました。このことから、本研究は学生に酸・塩基の概念をより深く理解させる有効な教材となることを示しました。また、実験操作は基礎的なレベルであり、データ処理も簡単に行えるため、化学専攻学生の無機分析実験の技術向上に適しています。

今後の展望：

本研究の成果を基に、次年度以降の学部3年次の学生実験にこの手法を導入する計画があります。これにより、学生はより実践的なデータ処理技術と深い理論理解を身につけることが期待されます。また、さらなる研究として、異なる濃度条件や他の酸・塩基系に対する適用も検討されるでしょう。これにより、化学教育の一層の充実と実験技術の向上が期待されます。