산과 염기

(1)

Chapter 14 산과 염기

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

(2)

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

(3)

BrØnsted-Lowry 모형은 수용액에만 한정되지 않고 기체상태의 반응에도 적용 가능

염기 산

(4)

(5)

14.2 산의 세기

(6)

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.

(7)

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

(8)

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

(9)

탄소 원자의 골격을 갖고 있는 유기산들은 보통 카복실기가 들어 있다 : 일반적으로 약한 산

예: 아세트산, 벤조산

센산은 미포함 ∵

(10)

: ∴

(11)

예: 물은 양쪽성 물질이다.

자동이온화(autoionization) 반응

(12)

물의 자동이온화 반응

(13)

(14)

,

(15)

에너지를 반응물로 생각

(16)

인 용액에 대해

pH는 [H

⁺

]가 증가함에 따라 감소한다.

또한

14.3 pH의 척도

(17)

로그값에서 소수점 이하의 자리수는 원래수의 유효 숫자와 같아야 한다. 즉

(18)

(19)

(20)

7.41 =

(21)

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

(22)

HNO

₃

는 센 산 → [HNO

₃

]≈0 에서

산으로 부터 온 H

⁺

가 평형을 왼쪽으로 이동시키기에 [OH]≈0

H

⁺

의 공급원은

→ 2번항은 무시할 수 있다

∴ 이 용액에서 HNO

₃

만이 H

⁺

의 중요한 공급원

(23)

14.5 약한 산 용액의 pH 계산

(24)

앞의 계산에서 [HF]= [HF]

₀

– x = 1.00 – x ≈ 1.00 이라는 근사값은 얼마나 타당한가?

(25)

어떤

(26)

∴

수영장의 염소에서 형성

(27)

:

∴

∵

:

(28)

(29)

(30)

(31)

:

(32)

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

(33)

염기 산 짝산 짝염기

암모니아 (약한염기)

비공유 전자쌍(고립 전자쌍)

NH₂

아닐린

(34)

암모니아는 약한 염기 주성분 화학종: NH₃, H₂O

(35)

(36)

(37)

탄산: 이양성자산

인산: 삼양성자산

책 오류: p671의 중간에

수용액에서 HCO

₃^-

는.. 수용액에서 H

₂

CO

₃

는..로

14.7 다양성자산

(38)

(39)

(40)

[H

⁺

] = 1.0

M

+ ”HSO

₄^-

에서 해리된 [H

⁺

]” 일까?

즉, HSO

₄^-

이온은 [H

⁺

]에 기여할 정도로 충분히 해리하는가?

*다음 예제에서 보이는 바와 같이 묽은

황산 용액에서는 HSO

₄^-

의 해리가 중요

(41)

에서 한 개의 음의 값(X), 한 개의 양의 값(O) 이라면

(42)

(예: HCl의 짝염기인 Cl^-)

14.8 염의 산 – 염기 성질

(43)

* Na

⁺

는 산이나 염기의 성질을 갖지 않음.

* CH

₃

CO

₂^-

는 약한 산인 아세트산의 짝염기이므로 양성자에 대해 어느 정도 친화력 있음

* 물은 약하게 양쪽성

짝산의

K_a

에서

K_b

구해서 [OH

^-

], [H

⁺

] 구할 수 있다.

(44)

OH^-

책오류

(45)

염기의 상대적인 세기는:

(46)

산성 용액!

(47)

예:

(AlCl

₃

)

고체 염화 알루미늄이 물에 녹을 때, 그 용액은 산성이다

(48)

(49)

K

_a

> K

_b

pH < 7 (산성) K

_b

> K

_a

pH > 7 (염기성) K

_a

= K

_b

pH = 7 (중성)

표 14.5 산성인 양이온(K

_a

)과 염기성인 음이온(K

_b

)의

염의 용액에 대한 pH의 정성적인 예측

(50)

(예제 14.21 a,b)

(예제 14.21 c)

(51)

K_a

=

K_b

용액은 중성 (pH=7)

>

용액은 염기성

용액은 산성

=

(52)

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

(53)

(54)

H-O-X에서 X의 전기음성도가 크면 산의 세기 증가

(55)

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

(56)

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

(57)

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

(58)

(59)

(60)