溶液反応のベース（溶媒）となる水分子(H2O)は、その一部がH+イオンとOH-イオンに解離します。水の解離平衡の反応式を下に記し、各物質の下に標準生成ギブズエネルギーを記しました。なお、標準生成ギブズエネルギーは、H2O：－237 (kJ/mol)、H+：0 (kJ/mol)、OH－：－157 (kJ/mol)です。
原形 生成形
水の解離平衡の反応式： H2O ⇆ H+
+ OH-
Gf0 (kJ/mol) －237 0
－157
生成形と原形の標準生成ギブズエネルギーの合計差（⊿ΣG 生成形－原形 ＝ΣG 生成形 － ΣG 原形）は、
⊿ΣG 生成形－原形 ＝（－157 + 0）×1000 － (－237)×1000
= 80×1000
(J/mol)・・・①
※ ギブズエネルギーの単位からキロ(k)を外したので、1000倍しています
水の解離平衡の条件式は、
⊿ΣG 生成形－原形 ＝－RT・Ln{【H+】【OH－】／【H2O】}・・・②
水溶液の反応を扱うとき、そのベースとなる水分子が反応に関与することがあります。反応に関与する溶質に対して、水の量が十分多く、反応前後で水の量がほとんど変わらなければ、その反応において、“水の濃度は１とします（【H2O】＝ 1 ） ”。
（水1kgに含まれる、水分子のモル量を【H2O】とする水の解離平衡定数の表し方もあります。水の濃度を１としたときの定数とは異なるので注意してください）
水の解離が平衡状態に達していれば、平衡定数（Kw※）は、Kw = 【H+】×【OH-】で表される。②式を変形してKwを求めます。ただし、【H2O】= 1、R = 8.3、T = 300 (K)とします。
Kw = 【H+】×【OH-】=
exp (⊿ΣG 生成形－原形 ／ (－RT) )
= exp( 80×1000／(－8×300 ) = 1.1×10－14 ・・・③
水温25℃ではKw ≒ 10－14 と覚えておけば良いです。
水の解離平衡定数Kwを、“水のイオン積”といいます。
多くの化学反応では、H+やOH－が関与して、水素イオン濃度は1～10－16
(mol/L)くらいと幅広いです。その濃度を見やすく表示するため、水素イオン濃度を対数にして、マイナスを付けます。
－Log10【H+】= pH
これを水素イオン指数(pH)とよびます。
例えば、水温25℃でKw = 10－14 のとき、
【H+】＝ 5×10－10 (mol/L)→ pH=9.301 → 【OH-】＝ 2×10－5 (mol/L)
【H+】＝ 10－10 (mol/L) → pH=10 → 【OH-】＝ 10－4 (mol/L)
【H+】＝ 5×10－11 (mol/L)→ pH=10.301 → 【OH-】＝ 2×10－4 (mol/L)
【H+】＝ 10－11 (mol/L) → pH=11 → 【OH-】＝ 10－3 (mol/L)
です。
式②より、Kwは温度に大きく依存することがわかります。
例えば、
5℃（Kw = 0.185×10－14）で、以下のpHのとき【H+】と【OH-】は、
pH = 5 → 【H+】= 10－5 (mol/L) 、 【OH-】＝ 1.85×10－10 (mol/L)
pH = 6 → 【H+】= 10－6 (mol/L) 、 【OH-】＝ 1.85×10－9 (mol/L)
pH = 7 → 【H+】= 10－7 (mol/L) 、 【OH-】＝ 1.85×10－8 (mol/L)
pH = 7.37 → 【H+】= 0.43×10－7 (mol/L) 、 【OH-】＝ 0.43×10－7 (mol/L)
pH = 8 → 【H+】= 10－8 (mol/L) 、
【OH-】＝ 1.85×10－7 (mol/L)
である。
pH7.37で、【
H+】
=【
OH-】となります。
