Transcript PowerPoint 프레젠테이션

산성비
이영식
2004. 11
Acid and Base

산의 정의
양성자를 내놓는 물질
 수용액에서 양성자 이온을 만드는 물질
 비공유 전자쌍을 받는 물질


염기의 정의
OH-를 내놓는 물질
 수용액에서 양성자 이온을 받아주는 물질
 비공유 전자쌍을 주는 물질

What Is an Acid?

산의 성질
수용액에서 H+이온을 내놓는 물질.
 산의 묽은 수용액은 신맛이 있다.
 지시약에서 색깔이 변한다.
 산의 수용액은 전류를 흐르게 한다.
 Carbonate(달걀껍질, 대리석 등)을 포함하는
물질과 화학반응을 한다.
 금속과 반응하여 수소기체가 발생한다.


염산과 마그네슘의 반응


염산과 아연의 반응


Mg + 2H+ + 2Cl- → Mg2+ + 2Cl + H2↑
Zn + 2H+ + 2Cl- → Zn2+ + 2Cl + H2↑
염산과 철의 반응

Fe + 2H+ + 2Cl- → Fe2+ + 2Cl + H2↑

산의 세기

강한 산
이온화 정도가 큰 산
 수용액 속에서 대부분이 이온화하여 H+을 많이
냄
 염산(HCl), 황산(H2SO4), 질산(HNO3)


약한 산
이온화 정도가 작은 산
 수용액 속에서 일부 분자만이 이온화하여 H+를
적게 냄
 붕산(H3BO4), 탄산(H2CO3), 아세트산
(CH3COOH)

중요한 산 : 염산(HCl)

진한 염산과 묽은 염산



제법



비중 1.18(진한염산), 35% 이상의 염화수소 기체가
남아있음
묽은 염산 : 10% 이하의 염화수소가 녹아있는 수용액
2NaCl + H2SO4 → NaSO4 + 2HCl
염화수소 : HCl + NH3 → NH4Cl(흰연기)
수용액에서 대부분 이온화 되므로 강한 산이다.
황산(H2SO4)

제법


진한황산






S + O2 → SO2, SO3 + H2O → H2SO4
농도가 98% 이며 물보다 무거운 점성이 큰 액체이다.
물에 녹을 때 많은 열이 발생한다.
수분을 흡수하는 성질이 매우 강해서 건조제로 사용한다.
탈수 작용을 한다.
수분이 거의 없어 이온화 되지 못하므로 산성을 나타내지 않는다.
묽은 황산


강한 산성
금속과 반응하면 수소 기체가 발생
질산(HNO3)

제법


진한 질산



2NaNO3 + H2SO4 → Na2SO4 + 2HNO3
무색의 발연성 액체
빛이나 열을 받으면 분해되기 떄문에 갈색병에 넣어
어두운 곳에 보관.
묽은 질산


금속과 반응하면 수소가 발생
일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)가 함께 발생하므
로 순수한 수소를 얻는 데는 부적당
다른 산

아세트산(CH3COOH)

빙초산(어는첨 17℃)이라고도 하며 4~6% 수
용액을 사용한다.
What is Base?

염기




물에 녹아서 수산화이온(OH-)을 낼 수 있는 물질
NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2, Cu(OH)2, NH4OH
CH3OH(메탄올), C2H5OH(에탄올) → 중성(염기 X)
공통적 성질




쓴맛, 미끈미끈
단백질 용해 : tissue 와 textile 의 손상
수용액은 전해질 용액
지시약 변화
염기의 세기

강한 염기
OH-를 많이 내는 물질(수용액 상태에서)
 NaOH, KOH, Ca(OH)2


약한 염기
이온화가 잘 안되어 OH-를 조금밖에 내놓지
않음.
 NH4OH, Mg(OH)2, Cu(OH)2

중요한 염기:수산화나트륨(NaOH)

제법


2NaCl + 2H2O → 전기분해 → 2NaOH + H2↑ + Cl2↑
성질



조해성 – 공기 중에서 수증기와 반응해서 스스로 녹는
현상 (ex. CaCl2)
단백질을 용해 : 털실이나 명주실로 된 옷을 비누로
세탁해서는 안됨.
공기중 CO2와 반응해서 흰 고체 생성



2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O
보관 : 건조제를 넣은 플라스틱 병에 보관(유리부식)
용도 : 양재물, 비누, 펄프, 섬유, 유리 등의 제조 원료
Ca(OH)2 – 수산화칼슘(소석회)

제법


성질




CaO + H2O → Ca(OH)2
물에 잘 안 녹지만 이온화가 잘 되어 강한 염기
수용액(석회수)에 CO2 통과 → 뿌옇게 흐려져 CO2 검
출
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O
용도


석회벽돌, 표백분의 원료
산성토양의 중화
NH3(암모니아)

약한 염기


물에 잘 녹는 기체(자극성 냄새)


NH3 + H2O → NH4+ + OH-
염산과 반응해서 흰 연기 발생


OH- 이온이 없음에도 불구하고 염기
NH3 + HCl → NH4Cl(염화암모늄 – 흰연기)
용도
비료의 원료
 냉동기의 냉매

위산제는 염기다

중화반응
산의 H+와 염기의 OH-가 만나서 물(H2O)이
되는 반응
 H+ + OH- → H2O (중성)


중화반응의 예

염산 + 수산화나트륨 (산의 농도 = 염기의 농
도)


HCl + NaOH → H2O + Na+ + Cl- (중성)
질산 + 수산화칼륨

HNO3 + KOH → H2O + K+ + NO3- (중성)
Indicator

지시약 (Indicator)
pH에 따라 색이 달라지는 물질 – 냄새? 맛?
 지시약 자신은 약한 염기나 약한 산성을 띰(액
성에 따라 색깔이 다름)
 지시약으로 쓰이는 천연 물질 : 과일즙, 꽃잎
즙
 지시약의 색깔변화

Color change
용액의 성질
산성
중성
염기성
리트머스 종이
붉은색
보라색
푸른색
BTB 용액
노란색
녹색
푸른색
페놀프탈레인
무색
무색
붉은색
메틸오렌지
붉은색
주황색
노란색
지시약의 종류
pH 척도

pH




수소이온의 농도를 나타내는 지수
산성이 더 강한 용액일수록 pH값은 작아
진다.
[H+] >10-7 , pH < 7 용액은 산성이다
[H+] <10-7 , pH > 7 용액은 염기성이
다
수소이온 몰농도와 그에 대응
하는 pH값
[H+]
pH
1.0
=100
0.1
=10-1
0.01
=10-2
0.001
=10-3
0.00001
=10-5
0.0000001 =10-7
0.000000001 =10-9
0
1
2
3
5
7
9
pH와 수소이온의 몰농도
일반적인 물질들의 pH
여러가지 물질의 pH
빗물의 pH
CO2(g) + H2O(l)
H2CO3(aq)
 H2CO3(aq)
HCO3-(aq)


H+(aq) +
250C 대기와 평형상태인 물의 수소
이온 농도 & pH
M
-6
 2.5*10
 pH
= 5.6
빗물의 pH 측정

pH 미터

리트머스 종이
pH glass membrane electrode

pH 측정
일정한 산도의 기준용액과 분석 용액 사이를
분리하고 있는 유리막 사이의 전위차 측정
 유리 막 전극 사용


유리 전극

수소이온 농도에 specific response
pH 측정용 전지
산성비
Acid Rain




화석 연료의 연소 생성물이 빗물에 녹아
내리는 것
Normal rain (pH 5.6)보다 더 낮은 pH를
가진 비
생태계와 직접 반응하지 않아 10년 이상의
기간이 걸리며, 30년 동안 영향
1950년대 과학자들에 의해 비가 산성이라
는 사실이 발견됨
산성비의 형성
산성비의 영향
미국에 내린 침전물의 연평
균 pH (1997)
미국의 산성비

동부지역
심각
 황과 질소의 산화물이 원인


오하이오강 계곡

영향이 적음
산성비의 특성

만성누적적 진행
 피해가
단기간에 눈에 띄지 않는다
 만성적이고 누적되어 나타난다
 인간이 산성비의 피해를 알고 나면 이미
늦은 후이다

계속적 생태계파괴
 일시적이고
돌발적인 피해가 아니다
 생태계 파괴적이고 광범위하며 불가역
적이다
산성비의 특성

원인지, 피해지의 원거리 격리

원인물질 배출지와 피강지가 먼거리로 격리
되는 것이 보통이다

국경을 넘어 강하하기도 한다
책임자나 가해자를 특정하기 어렵다
 직접적인 인과관계 불분명으로 산성비의 원
인을 제공한 자는
책임을 자각하지 못한다
 미국과 캐나다의 산성비 분쟁문제

국가간에 오염물질 규제를 소홀히 다루게 된다
 손해액의 산출이 불가능하다

산성비의 피해

산림의 황폐화
9. 산성비의 피해

산림의 황폐화
표면 괴사반점  광합성, 분비작
용에 이상이 생긴다
 칼슘, 마그네슘이 산성비에 녹아 버린
다
수목의 영양 부족 현상 초래
 산림쇠퇴현상의 급격히 빠르게 진행되
고 있다
 잎의
9-1. 산성비에 따른 삼림파
괴 추정
산성비의 피해

토양의 황폐화
10. 산성비의 피해

토양의 황폐화
 어느
한계치를 넘으면 급속히 산성화
진행
 호수나 하천보다 산화에 대한 저항력
강함
 토양의 산성화로 토양 생산능력 감퇴
 토양금속이온의 용출을 촉진  식물의
뿌리에 흡수되어 물흡수 저해
 석탄층일 경우 중화되어 산성화가 늦으
11. 산성비의 피해

호수의 질식
11. 산성비의 피해

호수의 질식
 알칼리
물질 소진되면 산성화 진행됨
 호수의 산성화로 인한 어패류 플랑크톤
사멸 멸종과 단순화
 pH4.5 이하 금속 용출  어류의 생
식기관에 작용
 죽음의 호수 등장
생태계 파괴
동물의 종류
치사 pH
갑각류, 달팽이, 연체동물
5.9
연어, 송어, 잉어류
5.8
곤충류, 동물성플랑크톤
5.7
농어, 꼬치고기
5.0
뱀장어
4.5
12. 산성비의 피해

유적지 피해
12. 산성비의 피해

유적지 피해
 구조물의
부식
 인조석물의 부식 정도는 자연풍화보다
30배 빠름
 시멘트의 칼슘, 마그네슘, 알루미늄 등의
광물질은
산성비에 잘 용해되어 구조물의 빠른 부
식진행
 가죽, 고무 섬유제품 변색, 노화 현상 촉
Acid Rain Across the Globe

Sweden, Norway & Canada
 호수의
물고기가 죽어가고 있다
 Germany
 에르츠
산지의 메마른 산림
 서독 산림 중 55%가 산성비의 피해를
입음

Mexico
 마야문명
유적 파괴
우리나라 주요도시 산성비 현황
지역
1985
1990 1993
1994
1995 1996
서울
5.5
5.0
5.4
5.4
5.7
5.7
부산
5.1
5.2
5.3
5.2
5.2
5.2
대구
5.4
5.7
5.5
5.6
5.7
5.1
인천
5.8
5.9
5.8
6.0
5.9
5.9
광주
6.1
5.5
5.8
5.8
6.2
5.9
대전
5.7
5.4
5.5
5.7
5.9
5.9
울산
5.0
5.6
5.6
5.4
5.1
5.2
b.질소산화물(NO2)
b.질소산화물(NO2)
10년간 7대도시 농도변화추이
b.이산화황(SO2)
b.이산화황(SO2)
10년간 7대도시 농도변화추이
산성비피해를 감소시킬 방안

석탄의 연소 후에 나오는 황산화물과 질소산화물을 석회석으로 중화시켜 제거.

원유 속의 황은 연소 되기 전에 탈황하여, 저유황 및 청정연료로 공급.

자동차의 속도를 줄여 산화질소의 양을 줄임.

수력발전,풍력, 태양에너지 등을 이용.

자동차에 촉매 전환기를 부착.

전기, 메탄올, 태양열등을 이용한 저공해 자동차 개발.

청정연료로 대체해 가고 자체 공정의 개선비의 합리적인 재배치를 통해
율을 높여야 함.

바이오 리액터 장치를 사용하여 무해한 순환형 공정을 실현.
효
산성비에 대한 정책

The Clean Act Amendments(CAA)
목적-10년 내 공기의 질을 개선.
내용-2000년까지 SO2방출을 1000만 톤,
NO방출을 200만 톤 감소 요구.
결과-방출거래에 관한 체계..
-각 회사들마다 허용치이하의 방출량을
할당 받음.
-최대 방출량 초과 시 1일당 25000불 벌금

The Clean Act Amendments(CAA)
결과-허용치 보다 적은 방출을 하는 회사에
오염 신용치(credits) 부여.
매매가능(1992년- )
-Chicago Board of Trade(CBOT)에 방출
허용에 대한 상품매매시장 형성.
문제점- 비용지불에 대한 결정의 어려움
Allowance auction & Price trend
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
01
20
00
20
99
19
98
19
97
19
96
19
95
19
94
19
19
93
highest
clearing
average
Allowance auction & Price trend
Allowance
1999
2000
Bid for
500,567
318.509
sold
150,010
128,388
Bid price
1999
2000
highest
230$
250$
clearing
200.55$
126$
average
207.03$
130.69$
Reference





http//www.epa.gov/
acid rain program
http//www.greenlaw.com.ne.kr/
http//www.venus.semyung.ac.kr/
http//www.epa.or.kr/
환경보존협회
인간,환경 그리고 화학 -A.T.Schwartz 저
참고문헌
my.dreamwiz.com/solarssw/
 www.magazinegv.com/news/news0
003/0003-environment1.htm
 http://news.empas.com
 http://ysgh.chonnam.kr
 http://w3.kunsan.ac.kr

6.1 Consider this : Are All Acid
Harmful?

식품의 분류




금속원소(나트륨.칼륨.칼슘.마그네슘 등) < 비금속
원소(인.황.염소 등) : 산성식품
금속원소 = 비금속원소 : 중성식품
금속원소 > 비금속원소보다 : 알칼리성식품
산성식품

맛이 신 식품이 아니다.



감귤.사과는 신맛이 나지만 알칼리성 식품이다.
육류, 어패류, 계란 등의 동물성 식품
가다랑어 > 계란 노른자 > 귀리 > 현미 > 참치 >
문어 > 오징어 > 도미> 굴

알칼리성 식품

채소, 야채 등 식물성 식품



우리의 주식인 쌀밥 등 곡류는 식물성 식품이지
만 산성식품이다. 비금속원소인 인(燐)이 많이
들어있기 때문이다.
다시마 > 미역 > 강낭콩 > 표고버섯 >
콩 > 토란 > 팥 > 상추 등
중성식품
간장, 된장
 김, 아스파라거스, 두부, 우유, 모유 등

물질
pH
Acidic/Basic
귤
2.3 ~ 5.6
Acidic
레몬
2
Acidic
수돗물
4
Acidic
지하수
5.0 ~ 5.8
Acidic
식초
3
Acidic
증류수
7
-

다음 물질을 물에 녹였을 때 일어나는 반
응식을 써라
KOH
 Ca(OH)2
 HF
 CH3COOH
 NaHCO3
