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Chapter 14

산과 염기

표, 그림 출처 : 일반화학, 7판, 자유아카데미, ZUMDAHL, ZUMDAHL

Arrhenius: 산은 수용액에서 수소 이온(H+)을 내고 염기는 수산화 이온(OH-)을 낸다 제한점: 수용액에서만 적용되고 단지 한 가지 종류의 염기(OH-)에 대해서만 허용 BrØnsted-Lowry: 산은 양성자 주개이고 염기는 양성자 받개이다. 예: HCl이 물에 녹을 때 HCl은 산, 물은 염기

하이드로늄 이온 (hydronium ion)

산 염기

14.1 산과 염기의 성질


BrØnsted-Lowry 모형은 수용액에만 한정되지 않고 기체상태의 반응에도 적용 가능

염기 산 표, 그림 출처 : 일반화학, 7판, 자유아카데미, ZUMDAHL, ZUMDAHL

14.2 산의 세기


센 산은 양성자에 대한 친화력이 약한 짝염기(약한 염기)를 내어 놓는다. (물보다 아주 약한 짝염기를 내어 놓는 산) 약한 산은 물보다 훨씬 센 짝염기를 내어 놓는다.


(a)센 산 HA는 물에 완전히 해리 (b)약한 산 HB는 물에서 거의 해리되지 않은 채로 존재


산소산: 분자 내에서 산성을 나타내는 양성자가 산소 원자에 결합되어 있는 산 (예: 황산, 질산, 과염소산)


탄소 원자의 골격을 갖고 있는 유기산들은 보통 카복실기가 들어 있다 : 일반적으로 약한 산 예: 아세트산, 벤조산

센산은 미포함 ∵


∴ :


예: 물은 양쪽성 물질이다.

자동이온화(autoionization) 반응


물의 자동이온화 반응

에너지를 반응물로 생각

인 용액에 대해

pH는 [H+]가 증가함에 따라 감소한다.

또한

14.3 pH의 척도


로그값에서 소수점 이하의 자리수는 원래수의 유효 숫자와 같아야 한다. 즉

7.41 =

1.0 M HCl 용액에서 주성분 화학종은 H+, Cl-, H2O

이 용액은 대단히 센 산성이므로 OH-는 아주 소량 존재하며, 부성분 화학종으로 분류

1.0 M HCl 용액에서 HCl의 해리로부터 생긴 H+를 고려하는 것은 명백하나,

물도 이온화하여 H+를 줄 수 있는데..

14.4 센 산 용액의 pH 계산

HNO3는 센 산 → [HNO3]≈0

에서

산으로 부터 온 H+가 평형을 왼쪽으로 이동시키기에 [OH]≈0

H+의 공급원은

→ 2번항은 무시할 수 있다

∴ 이 용액에서 HNO3만이 H+의 중요한 공급원

14.5 약한 산 용액의 pH 계산

앞의 계산에서 [HF]= [HF]0 – x = 1.00 – x ≈ 1.00 이라는 근사값은 얼마나 타당한가?

어떤

∴

수영장의 염소에서 형성


:

∴

∵

:

:

:


센 염기: LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2, Sr(OH)2 등

Arrhenius: 염기는 수용액에서 수산화 이온을 낸다 BrØnsted-Lowry: 염기는 양성자 받개이다.

14.6 염기

염기 산 짝산 짝염기

암모니아 (약한염기)

비공유 전자쌍(고립 전자쌍) NH2

아닐린


암모니아는 약한 염기 주성분 화학종: NH3, H2O


탄산: 이양성자산

인산: 삼양성자산

책 오류: p671의 중간에 수용액에서 HCO3

-는.. 수용액에서 H2CO3는..로 14.7 다양성자산

[H+] = 1.0M + ”HSO4-에서 해리된 [H+]” 일까?

즉, HSO4-이온은 [H+]에 기여할 정도로 충분히 해리하는가?

*다음 예제에서 보이는 바와 같이 묽은 황산 용액에서는 HSO4

-의 해리가 중요

에서 한 개의 음의 값(X), 한 개의 양의 값(O)

이라면


(예: HCl의 짝염기인 Cl-)

14.8 염의 산 – 염기 성질

* Na+는 산이나 염기의 성질을 갖지 않음. * CH3CO2

-는 약한 산인 아세트산의 짝염기이므로 양성자에 대해 어느 정도 친화력 있음 * 물은 약하게 양쪽성

짝산의 Ka 에서 Kb 구해서 [OH-], [H+] 구할 수 있다.

OH-

책오류


염기의 상대적인 세기는:

산성 용액!


예:

(AlCl3)

고체 염화 알루미늄이 물에 녹을 때, 그 용액은 산성이다

Ka > Kb pH < 7 (산성)

Kb > Ka pH > 7 (염기성)

Ka = Kb pH = 7 (중성)

표 14.5 산성인 양이온(Ka )과 염기성인 음이온(Kb )의

염의 용액에 대한 pH의 정성적인 예측

(예제 14.21 a,b)

(예제 14.21 c)


Ka = Kb 용액은 중성 (pH=7)

>

>

용액은 염기성

용액은 산성

=

=

=

=

최대 극성 최소 극성

그러나 H-F 결합은 매우 강함 ∴ HF 분자는 물에서 단지 적은 양만 해리 (물에서 약한 산)

14.9 산-염기 성질에 미치는 구조의 영향


H-O-X에서 X의 전기음성도가 크면 산의 세기 증가


H-O-X에서 X의 전기음성도가 크면 O-X 결합은 공유 결합이고 강하다. (∵전기음성도가 높은 O와의 전기음성도 차이가 작다) 물에 녹이면 O-X 결합은 그대로 남아 있고 O-H 결합은 극성이고 약하므로 양성자를 내어 놓는 경향 X의 전기음성도가 매우 작으면 O-X 결합은 이온성 (∵전기음성도 차이가 크다) 물에 녹이면 O-X 결합은 깨진다 예: NaOH, KOH

14.10 산화물의 산-염기 성질

강하고 공유 결합성인 O-S 결합은 그대로 남아 있고, H-O 결합은 끊어져 양성자를 내어 놓는다.

산성산화물: 물과 반응하여 산성 용액을 만드는 산화물

염기성산화물: 물과 반응하여 염기성 용액을 만드는 산화물

예: 1A와 2A족의 금속의 이온 산화물, CaO, K2O


Lewis 산은 전자쌍 받개: 고립 전자쌍을 가진 분자로부터 전자쌍을

받을 수 있도록, 비어 있는 원자 궤도함수를 가졌다.

Lewis 염기는 전자쌍 주개: 고립 전자쌍이 있어야..

14.11 Lewis의 산-염기 모형


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