[화학분석 3강] 화학 분석의 산과 염기

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1. 산과  염기

용액은 산성이냐 염기성이냐에 따라 종종 화학반응이 크게 영향을 받게됩니다.

일정한 수소이온농도를 유지하는 완충용액의 사용은 매우 중요합니다. 또한 한, 염기 화학 평형의 개념은 산 , 염기의 적정이나 산의 화학종에 대한 영향 또는 화학반응을 이해하는데 매우 중요합니다.

산, 염기의 이론적인 정의를 내린것은 Arrhenius의 전리설로부터 비롯되었습니다.

전리설에 의하면 산이란 수소를 포함한 물질로서 수용액으로 할 경우에 H+을 생성하고 산성반응을 보이는 물질이고, 염기란  OH-기를 가지고 있는 물질로서 수용액중에서 OH- 이온을 생성하고 , 염기성을 띄는 물질이며, 양자가 반응하면 물과 염을 생성하는 중화반응(neutralization) 이라고 합니다. 

수용액에서 이온화된 수소원자는 H3O+(히드로늄 이온)로 존재하나 편의상 H+라고 간단히 쓰여집니다.

 

산,염기 이론에 대한 또 다른 정의는 1923년에 Lewis가 제창하였는데, 그는 Bronsted설이 산, 염기 반응을 수소이온의 이동으로 다룬것에 대해, 수소이온은 산의 일종일 뿐 전부가 아니라는 더욱 포괄적인 이론을 제시 했습니다.

즉, 산을 전자쌍 어셉터(electron-pair acceptor)로 염기를 전자쌍 기여자(electron-pair donor)로 정의하였습니다.

 

* 짝산과 짝염기

산과 염기가 만나 반응했을 때 생성된  화합물을 산과 염기로 분류할 수 있습니다. 예를들어 초산(CH3COOH)과 메틸아민(CH3NH3)의 산, 염기 반응 시 CH3COO-와 CH3NH3+가 생성되어지는데, CH3COO-은 수소이온을 받아 CH3COOH를 생성할 수있으므로 염기이고 이는 CH3cOOH의 짝염기(conjugate base)라고 합니다. CH3NH3+는 수소 이온을 내 놓고  CH3NH2가 될 수 있으므로 산이며 CH3NH3의 짝산(conjugate acid)라고 합니다.

 

* 산과 염기의 세기

강한 산 일수록 수용액에서 거의 완전히 전리하여 수소이온을 주려는 힘이 강하고, 약한 산은 일부만 전리하여 수소이온을 주려는 힘이 약합니다. 염기가 세다는 것도 마찬가지로 상대인 산으로부터 수소이온을 취하려는 경향이 강합니다.

일반적으로 강산의 짝염기는 약염기이다. 수용액 중에서 이러한 산, 염기의 세기는 흔히 산이나 염기의 해리 상수를 비교해 봄으로써 짐작할 수 있습니다.

• HSO4- + H2O  ⇄ H,O+ + SO2-
  Ka = [H+][SO] / [HSO4] =1.2×10-²
• CH,COOH + H2O ⇄ H,O + CH,COO-
  Ka = [H⁺][CH,COO] / [CH₂COOH] = 1.8 × 10−5

위의 산들의 세기는 산해리상수(acid dissociation constant)K』값에 따라 HSO」가 CH3COOH 보다 강한 산임을 알 수 있습니다. 마찬가지로 염기의 세기는 상대적으로 산인 물로부터 수소 이온을 받아들이는 경향의 세기로 나타낼 수 있습니다.

 

* 물의  해리

아무것도 녹아있지 않은 순수한 물도 매우 작기는 하지만 전기가 통합니다.

이는 물분자들의 극히 일부분이 이온화 되어 수소 이온과 수산화 이온으로 해리되어 있기 때문입니다.

이와 같은 것을 자체-이온화(self-ionization)반응 또는 자기해리 반응이라고 합니다. 이러한 성질은 여러물질들의 수용액 성질을 결정짓는데 중요한 역할을 합니다.