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산과 염기Acids and Bases

Chapter 15

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-산의 묽은 수용액은 신맛이 있다.

-푸른 리트머스 종이를 붉게 변화시킨다.

-페놀프탈레인 용액에서는 무색이다.

-금속과 반응하여 수소 기체가 발생한다. (단 수소보다 활동도 서열 상위 금속)

o 질산과 같은 산은 산화제로 작용금속과 반응해도 수소대신 물 생성.

3Zn + 8HNO33Zn(NO)2 + 2NO + 4H2O

-염기와 반응하여 중화반응. 물과 염(salt) 생성

HCl + NaOH NaCl + H2O

-탄산염과 반응하여 이산화탄소, 물 그리고 이온결합 화합물 생성

HCl + NaHCO3 NaCl + H2O + CO2(g)

산의 성질

▶산성 물질

강산 : 염산 - HCl, 황산 :- H2SO4, 질산 - HNO3,

약산 : 인산 - H3PO4 탄산 - H2CO3 , 아세트산 - CH3COOH

2HCl(aq) + Ca(s) → H2(g) + CaCl2(aq)

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-염기의 수용액은 쓴 맛을 띄며 미끈미끈하다.

-단백질 용해 (변성)

-붉은색 리트머스 종이를 파란색으로 변화.

-페놀프탈레인 용액을 붉은색으로 변화.

-염기 + 산 : 중화반응 (물 + 염)

- 일부 강염기 (NaOH, KOH)는 양쪽성 금속(Zn,Al 등)과

반응하여 수소생성. 2NaOH + Zn+2H2ONa2Zn(OH)2 + H2(g)

염기의 성질

▶ 염기성 물질

강염기 : NaOH KOH , Ca(OH)2 , Ba(OH)2

약염기 : Al(OH)3, Mg(OH)2 , Fe(OH)3 , NH4OH

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산과 염기 : 정의

Arrhenius : H+ 주게(산) vs. OH- 주게(염기)

Acid + Base Salt + Water

CH3COOH(aq) + H2O <-> CH3COO-(Aq) +H3O+(aq)

산 염기 염기 산

Lewis : 전자쌍 받게(산) vs. 전자쌍 주게(염기)

Bronsted : H+ 주게(산) vs. H+ (H3O+)받게(염기)

산 염기

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짝산과 짝염기 쌍

산이 용액에서 녹으면 짝염기 생성

e.g. HA A- + H+

acid conjugate

base

염기가 용액에서 녹으면 짝산 생성NH3(aq)+H2O(l)<->NH4

+(aq)+OH-(aq)base conjugated acid

CH3COOH(aq) + H2O <-> CH3COO-(Aq) +H3O+(aq)

acid conjugate base

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전해질과 비전해질 : 산과 염기의 세기

산 (acid)강산 : 강한 전해질로 물에 완전히 이온화

예) HCl(Aq) <-> H3O+(Aq) + Cl-(aq)

0.1M 0.1M (pH = -log[o.1] =1.0)다른 예) 황산(H2SO4), 질산(HNO3)

약산 : 약한 전해질로 물에서 부분적으로 이온화예) CH3COOH(aq) + H2O <-> CH3COO-(Aq) +H3O+(aq)

0.1M <<0.1M다른 예)붕산(H3BO4), 탄산(H2CO3)

염기(base)강염기 : 강한 전해질로 물에 완전히 이온화약염기 : 약한 전해질로 물에서 부분적으로 이온화

전해질 : 수용액에서 전기전도체일 물질

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HCl

Solution

HC2H3O2

SolutionStrong Acid Weak Acid1% ionized

100%

ionized

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pH 척도 : 산도의 측정

pH = -log[H+]; pOH = -log[OH-];

pH + pOH = pKw = 14

10-14 10-13 10-12 10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1[H+]

pH 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

염기성 (Basic) 중성(Neutral) 산성(Acidic)

만약 [H+] = 1.0 x 10-9 M이면,pH = 9.00

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pH 개념pH = - log [H+] ; [H+] = 1•10-[pH] ; pOH = -log[OH-]; pH + pOH = 14

[H3O+] Exp [H3O

+] pH pOH

1M 1•100 0 14

0.1M 1•10-1 1 13

0.01M 1•10-2 2 12

0.001M 1•10-3 3 11

0.0001M 1•10-4 4 10

0.000001M 1•10-5 5 9

0.0000001M 1•10-6 6 8

0.00000001M 1•10-7 7 7

0.000000001M 1•10-8 8 6

0.0000000001M 1•10-9 9 5

0.00000000001M 1•10-10 10 4

0.000000000001M 1•10-11 11 3

0.0000000000001M 1•10-12 12 2

0.00000000000001M 1•10-13 13 1

0.000000000000001M 1•10-14 14 0

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pH 계산 : 예

예: [OH-]의 농도가 3•10-13 M인 용액의 pH는?

방법 1 방법2

1•10-14 = [H3O+] [OH-] 14 = pH + pOH

1•10-14 =[H3O+] [3•10-13] 14 = pH + 12.52

[H3O+] =3.33•10-2M pH = 1.48

pH = 1.48

pH = - log [H+] ; [H+] = 1•10-[pH] ; pOH = -log[OH-]; pH + pOH = 14

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우리주변 물질의 pHAcid: pH 1 6

Neutral: pH 7

Base: pH 8 14

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빗물과 산성비

Affect of Acid Rain on Historical Artifacts

대리석 동상 : July 17, 1935. 산성비 (pH 5.6이하)에 의한부식 : 1994.

CO2 용해: CO2(g) + H2O(g) H2CO3 (aq ) 탄산

탄산 (H2CO3 (aq) )전리: H2CO3 (aq)H+(aq) + HCO3

-(aq)

전체 반응 : CO2(g) + H2O(l) H+(aq) + HCO3

-(aq)

HCl + NaHCO3 NaCl + H2O + CO2(g)

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물의 이온화 : 산-염기 성질:물의 자동이온화

평형상수 Kc:

Kc‘= [H+][OH-]/[H2O]

Kc’ [H2O] = [H+][OH-]

혹은

Kc = KW = [H+][OH-]= 1.0 x 10-14

at 25 oC

KW : 물의 이온곱 상수

H2O (l) H+ (aq) + OH- (aq)

H2O (l) + H2O (l) H3O+ (aq) + OH- (aq)

염기 산 산 염기

물의자동이온화의다른표현(브뢴스테드):

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산-염기 적정:

약산 + 강염기의 예 : 10 ml의 아세트산(HCH3CO2 )의 중화에 0.233 M NaOH.37.55ml가 요구된다면 아세트산의 농도는?

CH3COOH(aq) +NaOH(aq)NaC2H3O2(aq)+H2O(l)

phenolphthalein 지시약

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10 ml의 아세트산(HCH3CO2 )의 중화에 0.233 M NaOH.37.55ml가 요구된다면 아세트산의 농도는?

CH3COOH(aq) +NaOH(aq)NaC2H3O2(aq)+H2O(l)

37.55 ml NaOH * (0.233 mol NaOH/1000ml NaOH)

* (1 mol CH3COOH / 1 mol NaOH) = 0.00837 mol CH3COOH

(0.00837 mol CH3COOH / 0.01 L CH3COOH)

= 0.837M CH3COOH

10 ml 0.233M, 37.55ml

강산 + 강염기 적정은 예는 교재참조!

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알짜이온반응식

알짜 이온 반응식 :반응에 실제 관여한 이온들로 표현된 식반응에 참여하지 않는 이온을 구경꾼 이온(spectator ion)이라한다.

반응식 : HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(Aq) + H2O(l)

전체이온반응식: H+(aq) + Cl-(aq) + Na+(aq) + OH-(aq)

Na+(aq) + Cl-(aq) + H2O(l)

알짜이온반응식: H+(aq) + OH-(aq) H2O(l)

다른 예)

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콜로이드 용액

1)콜로이드 입자 : 지름이 1~1000 nm 입자들이 분산되어 있는 용액.용액의 입자들 보다 더 크다. 거름종이는 통과. 반투막은 통과불가.

2) 분산매＋분산질 → 분산계3) 졸 : 액체상인 콜로이드4) 겔 : 반고체 상태인 콜로이드5) 에어러졸 : 분산매가 기체인 경우의 콜로이드

콜로이드 용액의 성질

1) 틴들현상 : 빛의 산란으로 빛의 진로가 보이는 현상2) 브라운운동 : 콜로이드 입자의 불규칙한 운동으로 분산매와 분산질이 충돌하기

때문에 발생. 3) 흡착 : 콜로이드입자의 표면적이 크기 때문에 가지는 성질로, 용액속에

포함되어 있는 물질을 흡착하는 성질이 크다. 4) 전기이동 : 콜로이드 용액에 전류를 통하면 콜로이드 입자가 가진 전하와 반대

전하를 띤 전극으로 이동하는 현상5) 엉김 : 소량의 전해질을 가했을때 입자가 침전되는 현상6) 염석 : 다량의 전해질을 가해서 엉김이 생기는 현상7) 투석 : 반투막을 이용하여 콜로이드 용액을 정제하는 방법

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콜로이드 용액의 성질

1) 틴들현상 : 빛의 산란으로 빛의 진로가 보이는 현상2) 브라운운동 : 콜로이드 입자의 불규칙한 운동으로 분산매와

분산질이 충돌하기 때문에 발생. 3) 흡착 : 콜로이드입자의 표면적이 크기 때문에 가지는 성질로,

용액속에 포함되어 있는 물질을 흡착하는 성질이 크다. 4) 전기이동 : 콜로이드 용액에 전류를 통하면 콜로이드 입자가

가진 전하와 반대 전하를 띤 전극으로 이동하는 현상5) 엉김 : 소량의 전해질을 가했을때 입자가 침전되는 현상6) 염석 : 다량의 전해질을 가해서 엉김이 생기는 현상7) 투석 : 반투막을 이용하여 콜로이드 용액을 정제하는 방법

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15장 문제 풀어서 노트에 정리