산과 염기 (1) Arrhenius & Bronsted-Lowry | 산염기 평형의 특징

 

산과 염기의 개념을 설명하는 중요한 이론들이 있다.

우선 Arrhenius 아레니우스의 정의는 아래와 같다.

 

산은 수용액에서 수소 이온(H+)을 내는 물질                                { hydrogen ion }

염기는 수용액에서 수산화 이온(OH-)을 내는 물질                        { hydroxide ion }

 

결론적으로 아레니우스: 산->수소이온, 염기->수산화이온

이라고 외우면 된다.

단, 수용액에서만 적용됐다는 점, 그리고 only 한 가지의 염기에 대해서만 성립하는 정의였다는 점이 한계이다.

 

 

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Bronsted-Lowry 브론스테드-로리의 정의는 아래와 같다.

 

산은 양성자(H+)를 주는 녀석                  PROTON DONOR

염기는 양성자(H+)를 받는 녀석

 

브론스테드-로리: 양성자 주거니 받거니

이라고 외우면 된다.

 

브론스테드-로리 정의의 특징은 아레니우스 정의에는 없었던 양쪽성의 성질이다.

그리고 산과 염기에 대해서 "상대성" 을 가진다. 어떤 물질은 늘 산이고 어떤 물질은 늘 염기다 <- 이렇게 말할 수 X

그리고 "짝산, 짝염기의 관계" 에 대해 중요하게 말하고 있다. (Conjugate Acid & Conjugate Base)

 

HCl(aq) + H2O(l) -> H3O+(aq) + Cl-(aq)                         // H3O+를 hydronium ion 하이드로늄 이온이라고 한다

 

위 식의 HCl의 H+ 이온은 H2O에 옮겨 달라붙어 H3O+ 이온을 형성한다.

H+가 떨어져 나간 HCl은 Cl- 형태로 남는다.

여기서 HCl은 양성자를 제공해주는 역할을 했다. 양성자 H+를 주는 녀석 = 양성자 주개 = 산

H2O는 HCl이 자기 몸뚱아리를 떼어서 준 H+를 받았다. 양성자를 H+를 받는 녀석 = 양성자 받개 = 염기

 

비슷한 반응식으로

 

NH3(aq) + H2O(l) <-> NH4+(aq) + OH-(aq)

 

위 식에서는 H2O에서부터 H+가 하나 떨어져 나와 NH3으로 가 달라붙었다.

그러므로 여기서는 H2O가 산이 된다. NH3는 양성자를 받았으므로 염기가 된다.

NH4+는 산, OH-는 염기가 된다.

 

이렇게 양성자 하나 차이 나는 관계를 짝산, 짝염기라고 한다. !!!!!

 

HCl과 Cl-는 H+ 하나 차이이므로 짝산-짝염기 관계이다. HCl이 짝산, Cl-가 짝염기가 된다.

H2O와 H3O+도 H2O는 H3O+의 짝염기, H3O+는 H2O의 짝산이다.

 

 

----------------------------------------------------------------------------------------------------

 

 

산-염기 평형의 특징은

강한 힘을 가진 분자는 제 자신을 약하게 하는 방향으로 이동한다는 것이다. 

강산은 양성자를 떨어뜨리고 그의 짝염기로 바뀌려고 한다.강염기는 양성자를 받고 그의 짝산으로 바뀌려고 한다.

 

HCl + H2O -> H3O+ + Cl- 반응식에서

HCl은 아주 강한 강산이라 실제로 HCl 수용액을 보면 HCl 분자는 없다. 모두 H3O+ + Cl- 꼴로 존재한다.HCl이 강산이므로 H2O는 Cl-보다 강염기이다.그래서 Cl- 는 염기이지만 이 수용액 안에서 염기 역할을 하지 못한다. 물보다 약한 염기는 물에게서 양성자를 받을 수 없기 때문이다. 브론스테드-로리 개념의 핵심은 늘 상대적이라는 것에 있다.

 

 

앞서 말했듯 산은 H+를 떼어내면서 짝염기를 남긴다. 이때, '강산' 이 남기는 짝염기는 아주 약한 염기이다.아주 약한 염기란즉슨, '양성자 받개' 로서의 능력이 아주 작다는 뜻이다. 양성자에 대한 친화력이 미미하다는 뜻이다.상대적 개념인 '약함' 은 물과의 비교에 빗대어 설명할 수 있다. 약한 염기는 양성자를 잡아당기는 데 있어서, 물이 H+를 끌어당기는 힘만도 못한 힘을 가지고 있다.반면 '약산' 이 남기는 짝염기는 아주 강한 염기이다. 약산이 남기는 짝염기가 지니는 '양성자에 대한 인력' 은 물보다 훨씬 강하게 양성자를 끌어당긴다.

 

쉽게 요약하면

 

강산의 짝염기는 약염기

약산의 짝염기는 강염기

 

이다.

 

!!