산과 염기

산과 염기의 성질

산

: 수용액에서 이온화하여 수소 이온($H^+$)를 내놓는 물질
ex) 염산, 황산, 질산, 탄산, 아세트산 등

1. 신맛이 난다
2. 수소보다 반응성이 큰 금속(철, 마그네슘, 알루미늄 등)과 반응하면 수소 기체 발생
3. 산 수용액: 전류가 흐름 ⚡️
4. 탄산염, 탄산수소나트륨과 반응하여 이산화탄소 기체 발생

🧪강산
수용액에서 대부분 이온화하여 수소 이온을 많이(거의 100%) 내놓는 산
(염산, 황산, 질산 등)

🧪약산
수용액에서 일부만 이온화하여 수소 이온을 적게(100% 미만) 내놓는 산
(탄산, 아세트산, 인산 등)

염기

: 수용액에서 이온화하여 수산화 이온($OH^-$)을 내놓는 물질
ex) 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 수산화 칼슘, 수산화 마그네슘 등

1. 쓴맛이 난다
2. 만지면 미끈미끈하다(피부의 단백질을 녹임)
3. 염기 수용액: 전류가 흐름⚡️

🧪강염기
수용액에서 대부분 이온화하여 수산화 이온을 많이(거의 100%) 내놓는 산
(수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 수산화 칼슘 등)

🧪약염기
수용액에서 일부만 이온화하여 수산화 이온을 적게(100% 미만) 내놓는 산
(암모니아, 수산화 마그네슘 등)

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산과 염기의 정의

아레니우스 정의 — by 아레니우스 (1859~1927)

💎화학 I
: 가장 오래 이용된 방법, 현재도 수용액 반응에서 대부분 이 방법으로 산과 염기 구분

🧪아레니우스 정의의 '산'
: 수용액에서 수소 이온을 내놓을 수 있는 물질

🧪아레니우스 정의의 '염기'
: 수용액에서 수산화 이온을 내놓는 물질

🧪한계
- 수용액이 아닌 곳에서 일어나는 산 염기 반응 설명 X
- 수용액에서 수소 이온이나 수산화 이온을 내놓지 않는 물질에는 적용할 수 없음 (암모니아 등)
- 기체 상태에서 일어나는 산 염기 반응 설명 X
- 수소 이온은 수용액에서 물과 결합하여 하이드로늄 이온 (\(H_3O^+\))

브뢴스테드·로리 정의 — by 브뢴스테드(1879~1947), 로리 (1874~1936)

💎화학 II
: 아레니우스 정의의 단점, 한계점 보완 (양성자($H^+$)를 주고받는 개념 이용)

🧪브뢴스테드·로리 정의의 '산'
: 양성자($H^+$)를 내놓는 분자 or 이온 ($H^+$ 주는 물질)

🧪브뢴스테드·로리 정의의 '염기'
: 양성자($H^+$)를 받아들이는 분자 or 이온 ($H^+$ 받는 물질)

🧪짝산-짝염기
: $H^+$의 이동에 의하여 산과 염기로 되는 한 쌍의 물질

🧪양쪽성 물질
: 한 물질이 산으로 작용하기도 하고, 염기로도 작용하기도 하는 것
ex) $H_2O, HS^-,HCO_3^-,HSO_4^-,H_2PO_4^-$ 등

🧪한계
- 양성자($H^+$)의 전달 반응에만 적용이 가능
- 산이 반드시 이온화될 수 있는 수소 원자를 포함하고 있어야 함

루이스 정의 — by 루이스 (1875~1946, 루이스 전자점식 만든 사람)

💎화학 I/II에서는 잘 다루지 않음
: 브뢴스테드·로리 정의를 더욱 확장하여 비공유 전자쌍 이용 (더 넓은 의미의 산 염기 정의)

🧪루이스 정의의 '산'
: 다른 물질의 비공유 전자쌍을 받아들이는 물질 (전자쌍 받개)

🧪루이스 정의의 '염기'
: 다른 물질에 비공유 전자쌍을 주는 물질 (전자쌍 주개)

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물의 자동 이온화 & pH

물의 자동 이온화

: 이웃한 2개의 물 분자가 각각 산과 염기로 작용하여 양성자($H^+$)를 주고받는 반응
⚡️중화반응의 역반응 (중화반응이 아주 비가역 반응은 아니라는 것을 알 수 있음)
⚡️$H_3O^+$(하이드로늄 이온)은 물 속에서는 $H^+$와 동일한 의미를 지님

물의 자동 이온화

* Image Credit: Manuel Almagro Rivas | Wikimedia Commons

자동 이온화 상수 ($K_w$)

$K_w=[H_3O^+][OH^-]$
([A]는 평형 상태에서 A의 몰 농도)
: 온도에 의해서만 영향을 받으므로 순수한 물이나 산 수용액, 염기 수용액에서도 값 변화 X (온도에 의존)
$K_w$는 25℃에서 $1.0\times 10^{-14}$의 값을 가짐

수소 이온 농도

	$[H^+]$	$[OH^-]$
산성	$[H^+]>1.0\times 10^{-7}M>[OH^-]$
중성	$1.0\times 10^{-7}M$로 동일
염기성	$[H^+]<1.0\times 10^{-7}M<[OH^-]$

수소 이온 농도 지수 (pH)

: 수소 이온 농도의 역수의 상용로그 값

$pH=\log_{}{\frac{1}{[H^+]}}=-\log_{}{[H^+]}=10^{-pH}$
$pOH=\log_{}{\frac{1}{[OH^-]}}=-\log_{}{[OH^-]}$

25℃ 순수한 물에서 pH=pOH=7

	pH	pOH
산성	pH<7, pOH>7, pH+pOH=14
중성	pH=7, pOH=7, pH+pOH=14
염기성	pH>7, pOH<7, pH+pOH=14

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EDITOR: SCIAN https://blog.scian.io/ admin@scian.io IT LOVER | DEVELOPER | ARTIST MATH & SCIENCE