酸とアルカリは小学校、中学校、高校の理科で習っており、何を今さらと思われるかもしれません。しかし、酸とアルカリの考え方は奥が深く、化学製品を理解するための基本のひとつなのです。

理科で習う代表的な酸は塩酸であり、代表的なアルカリは水酸化ナトリウム（苛性ソーダ）でした。リトマス試験紙を赤くする塩酸は酸っぱい味がします。リトマス試験紙を青くする水酸化ナトリウムの水溶液（もちろん薄めて）は苦い味がします。 この両方を混合して、リトマス試験紙の色がかわらない状態にまで加える量を調節した後、水を蒸発させて残った白い粒を恐る恐るなめてみると食塩の味がしました。小学校の理科の実験でもっとも記憶に残っている驚きの味でした。 酸とアルカリが、お互いに相手の性質を打ち消し合って（中和）、まったく新しい物質である塩（えん）を生成することを実感しました。 私のような年代(1950年代の小学生)では、酸とは水溶液中で水素イオンH＋を与える物質であり、アルカリとは水酸化物イオンOH－を与える物質と単純に習いました。このような定義はアレーニウス説と呼ばれています。

図1

現在ではアルカリは塩基と呼ばれるようになり、塩基とは酸と中和して塩（えん）を生じる物質と教えられています。もっとわかりやすく言えば、水溶液とは無関係に、酸とは水素イオンを与えることができる物質、塩基とは水素イオンを受け取ることができる物質と定義されます。 これはブレーンステッド・ローリー説と呼ばれています。 塩化水素ガスとアンモニアガスを混合すると、塩化アンモニウムの白い粉が生成します。これは気体中の反応であり、アンモニアガスには水酸化物イオンは含まれていませんが、塩化水素ガス（この水溶液が塩酸）を中和して塩（えん）を生じているのでアンモニアは塩基です。 アレーニウス説に比べると酸・塩基の定義が拡張されています。

図2

高校までの化学ではこれ以上は習わないと思いますが、酸・塩基の定義はさらに拡張されます。ルイス説です。酸とは電子対を受け取る物質であり、塩基とは電子対を与える物質と定義します。 水素イオンは電子対を受け取る物質なのでルイス酸に含まれますが、塩化アルミニウムや三フッ化ホウ素のような水素イオンを持たないけれども、電子対を受け取る性質を持つ物質にまでルイス酸は拡張できます。一方、非共有電子対を持つ物質（アンモニア、アルコール、エーテル）は電子対を与える性質を持つのでルイス塩基になります。 このように定義を拡張していくと、多くの物質が酸または塩基の性質を持つことがわかります。もちろん、すべての物質が酸か塩基のいずれかに属する訳ではありません。どちらにも属さない物質もたくさん存在します。 しかし、電子対のやり取りという考え方は、化学反応や触媒を設計する際に重要であり、化学工業ではたくさん活用されています。

図3

酸・塩基のお話は、これだけに止まりません。酸、塩基には硫酸、塩酸、水酸化ナトリウムのような強い酸、塩基ばかりでなく、弱い酸、アルカリもあります。水に溶かした時に電離する度合い（電離度）が大きい酸、アルカリは強く、電離度が小さい酸、アルカリは弱くなります。 通常、強い酸と強いアルカリからつくられる塩は中性になります。これに対して、強い酸と弱いアルカリからつくられた塩は酸性、弱い酸と強いアルカリからつくられた塩はアルカリ性を示します。たとえば油脂に水酸化ナトリウムを反応させてできる石けんは、高級脂肪酸（たとえばステアリン酸、オレイン酸）のナトリウム塩です。 高級脂肪酸は、酢酸(お酢の酸っぱさ)、クエン酸（みかん類の酸っぱさ）などとおなじようにカルボン酸という弱い酸のグループに属します。 一方、水酸化ナトリウムは代表的な強い塩基です。したがって石けんはアルカリ性を示します。これに対して、衣料用合成洗剤の代表的な主成分に直鎖アルキルベンゼンスルホン酸ソーダ（LAS）があります。スルホン酸は硫酸と同様に強い酸なのでLASは中性になります。

石けんやLASのように水に溶けたときに、界面活性作用を示す部分（たとえば石けんならば高級脂肪酸由来の部分）がマイナスイオンを持つものをアニオン界面活性剤と呼びます。 一方、繊維の柔軟剤や髪を洗う時に使うリンス剤として、油脂などを原料とした高級脂肪族4級アンモニウム塩があります。これは高級脂肪族4級アンモニウムという強いアルカリを塩酸で中和した形の塩です。このような界面活性を示す部分がプラスイオンを示すものをカチオン界面活性剤と言います。

図4

当然のことながら、アニオン界面活性剤とカチオン界面活性剤を混合すると界面活性を示す長い分子鎖部分同士が酸とアルカリとして結合し、期待した性能（洗浄作用、柔軟作用）を発揮できなくなります。しかしリンス剤入りのシャンプーという化学製品があります。 これは、洗浄作用のあるノニオン（非イオン）界面活性剤と柔軟作用のあるカチオン界面活性剤を混合しているのです。ノニオン界面活性剤は、非共有電子対をたくさん持った物質です。水に溶けてもリトマス試験紙を変色させませんが、ルイス塩基に該当します。

図5

紙数の都合上、これ以上は詳しく述べませんが、酸・アルカリの考え方は上記の界面活性剤の例にみるように電離という考え方につながり、さらに電離まで行かなくても分子内での電子の偏りという考え方に拡張されて化学反応の設計ばかりでなく、化学製品の設計にも活用されています。 たとえばポリエチレンやポリプロピレンのように電子の偏りが小さな材料に接着剤や塗料を塗ることは難しいのです。しかし、これらの材料は包装袋とした大量に使われており、表面に印刷をする必要があります。そのために、どのようなインキを設計するかは酸・アルカリから拡張された考え方を応用しています。

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