Transcript 산과 염기
산·염기 반응 2009. 4. 21 (사) 한국여성과학인발전연구회 CONTENTS 1 산과 염기 2 산과 염기 용액에 관한 평형계산 3 염의용액-짝산 및 짝염기의 이온화평형 (사) 한국여성과학인발전연구회 Ⅰ. 산과 염기 산과 염기의 정의 산의 세기 물의 이온화 (사) 한국여성과학인발전연구회 1) 산과 염기의 정의 1923年 Brönsted 및 Lowry 는 산 = 수소이온(양성자)을 내놓을 수 있는 화학종 염기 = 수소이온을 받아들일 수 있는 화학종 산 = 염기 + H+ 짝을 이룬 한 쌍의 산 · 및 염기를 각각 짝산, 짝염기라 한다. 예) HCl = Cl-+ H+ 산 염기 NH4 = NH3 + H+ 산 염기 수용액의 경우, HCl + H2 O = H3 O + + Cl산1 염기2 산2 염기1 NH+4 + H2 O = NH3 + H3 O+ 산1 염기2 염기1 산2 NH3 가 물에 녹는 경우, NH3 + H2O = NH4+ + OH염기1 산2 산1 염기2 ∴ 물은 산도 될 수 있고 염기도 될 수 있는 중요한 용매 (사) 한국여성과학인발전연구회 2) 산의 세기 산의 세기: 수소이온을 쉽게 내놓는 가능성의 크기 염산은 수용액에서 센 산이다. HCl + H2O = Cl- + H3O+ 염산은 메틸 알코올 용매에서는 약한산이다. HCl + CH3OH = Cl- + CH3OH+2 아세트산과 같음 약한산은 수용액에서 그 일부가 다음과 같이 이온화한 다. CH3COOH + H2O ⇌ CH3COO- + H3O+ K값: 산의 세기를 표시, 산이 셀수록 크고 약할수록 작다. (사) 한국여성과학인발전연구회 3) 물의 이온화 H2O = H+ + OH- 열역학에서는 물과 같이 순수한 액체의 활동도를 1로 정함 [H+][OH-] = Kw Kw = 이온곱(ion product)이라 하고, 25℃에서 1.01×10-14 그러므로 25℃의 수용액에서는 산성, 중성, 염기성에 관계없이 다음과 같은 관계가 성립한다. - logKw = - log[H+] – log[OH-] = 14.00 즉, pKw = pH + pOH =14 중성에서 [H+] = [OH-] pH – pOH = 7.0 산성에서 [H+] > [OH-] pH < pOH 염기성에서 [H+] < [OH-] pH > pOH (사) 한국여성과학인발전연구회 Ⅱ. 산과 염기용액에 관한 평형계산 센 산과 센 염기의 용액 약한 산의 용액 약한 염기의 용액 (사) 한국여성과학인발전연구회 1) 센 산과 센 염기의 용액 예) 0.100g 의 HCl이 녹아있는 1 L용액의 pH를 구하라. (사) 한국여성과학인발전연구회 2) 약한 산의 용액 HA = H+ + A- - ------ ① 용매인 물도 다음과 같이 이온화하고 평형관계를 유지한다. H2O = H+ + OHKw = [H+][OH-] ------ ② 그리하여 이 용액 중에는 HA, H+, A-, OH- 등 4개의 화학종이 존재하고 이들 농 도를 구하고자 하면 ① 및 ② 식 이외의 두 개의 관계식이 더 필요하다. 용액 전체를 항상 전기적으로 중성이고 따라서 용액중의 전하중화법칙(role of electroneutral)이 유지되며 양이온의 전체 전하수와 음이온의 전체 전하수가 같 아야 한다. [H+] = [OH-] + [A-] ------ ③ (사) 한국여성과학인발전연구회 2) 약한 산의 용액 다음은 용액 중에서 물질의 질량보존법칙(role of material conservation)이 유 지한다는 사실이고 HA의 원래농도를 Ca 라 하면 다음관계가 성립된다. Ca = [A-] + [HA] ------ ④ 이들 4개의 관계식을 이용하면 용액중의 4개의 화학종의 농도를 산출 할 수 있 다. 그러나 일반적으로 물이 이온화하여 나오는 H+와 OH-의 농도는 HA에서 나 오는 [H+]이나 [A-]보다 훨씬 작은 값이므로 물의 이온화 현상을 고려할 필요가 없는 경우가 많다. 그러므로, ③ 에서 다음 관계를 얻는다. [H+] = [A-] 그리고 식 ④는 다음과 같이 된다. [HA] = Ca [H+] 식 ①에서 [H+]2 + Ka[H+] – KaCa = 0 (사) 한국여성과학인발전연구회 2) 약한 산의 용액 이차방정식 근의 공식을 이용하면 ------ ⑤ 그러므로 약산법으로 다음과 같이 쉽게 푸는것이 보통이다. [H+]가 Ca 보다 훨씬 작은 경우에는 Ca – [H+]는 실제로 Ca 로 볼 수 있다. 따라서 다음과 같이 된다. ------ ⑥ [H+]가 Ca 값의 5% 이하일 때는 식 ⑥을 사용하여 [H+]를 계산할 수 있다. (사) 한국여성과학인발전연구회 2) 약한 산의 용액 예) 0.100M 아세트산 용액의 pH를 구하라. CH3COOH ⇌ CH3COO- + H+ 산의농도 Ca 가 묽을수록 산의 Ka 값이 클수록 오차는 증가한다. Ca/Ka 비가 102 보다 작은 경우 이차방정식을 푸는 방법으로 수소이온 농도를 구해야 한다. Ca / Ka 비 값이 104 이면 0.5% Ca / Ka 비 값이 103 이면 1.0% Ca / Ka 비 값이 102 이면 5.0% Ca / Ka 비 값이 10 이면 17 % (사) 한국여성과학인발전연구회 3) 약한염기의 용액 (사) 한국여성과학인발전연구회 Ⅲ. 염의 용액-짝산 및 짝염기의 이온화평형 센 산과 센 염기로 이루어진 염의 용액 약한 산과 센 염기로 이루어진 용액-짝염기의 세기 센 산과 약한 염기로 이루어진 염-짝산의 세기 약한 산과 약한 염기로 이루어진 염 (사) 한국여성과학인발전연구회 1) 센 산과 센 염기로 이루어진 염의 용액 Na+ 와 Cl- 는 용매인 물이나 그 속에 있는 H+ 또는 OH- 와 아무런 반응을 하지 않으므로 이 용액은 중성상태로 머물러 있다. (사) 한국여성과학인발전연구회 2) 약한산과 센 염기로 이루어진 용액-짝염기의 세기 CH3COO- + H2O = CH3COOH + OH- 예) 0.100M 아세트산 나트륨 용액의 pH를 구하라. (사) 한국여성과학인발전연구회 3) 센 산과 약한 염기로 이루어진 염-짝산의 세기 예) 0.100M 염화암모늄 용액의 pH를 계산하라 NH4+ ⇌ NH3 + H+ (사) 한국여성과학인발전연구회 4) 약한 산과 약한 염기로 이루어진 염 포름산 암모늄 HCOONH4 는 수용액에서 완전히 이온화 NH4+ = NH3 +H+ (사) 한국여성과학인발전연구회 Ⅳ. 숙제 (사) 한국여성과학인발전연구회 1) 숙제 아세트산 0.100M과 아세트산나트륨 0.100M의 혼합용액의 pH를 계산하라. 0.100M 아세트산 및 0.100M 아세트산 나트륨을 포함하는 완충용액 100.0mL에 10.0mL의 0.100M HCl 용액을 가하면 pH는 어떻게 변하는가? (사) 한국여성과학인발전연구회