산 (化學)

산 (酸, acid )은 一般的으로 물 에 녹았을 때에 pH 가 7보다 낮은 物質이다. 化學的으로는 물에 녹았을 때 이온化하여 水素 이온 H ⁺을 내놓는 物質 을 말한다.

産銀電解質 이고 一般的으로 신맛이 나며, 鹽基 와 中和反應을 한다. 또한 水素보다 이온化傾向이 높은 金屬과 反應하여 水素氣體를 發生한다.

山의 代表的인 例로는 江山人鹽酸 (HCl), 黃酸 (H ₂SO ₄), 窒酸 (HNO ₃), 藥山人 아세트산 (CH ₃COOH), 炭酸 (H ₂CO ₃)이 있다.

化學的性質 [ 編輯 ]

산 AH가 물에 녹으면서 反應하여 다음과 같이 이온化한다.

{\ce {{AH}+{H2O}<=>{A^{-}}+H3O+}}

이때 산 解離常數 는 이 反應의 平衡狀態에서 定義된다.

K_{a}={\ce {[A^{-}]\cdot [H3O+] \over [AH]}}

强한 山일수록 큰 K _a값을 가진다. 例를 들어 鹽酸 (HCl)의 K _a값은 10 ⁷이다. 反對로 藥山日境遇에는 작은 값을 가진다. 아세트산 의 K _a값은 1.8 × 10 ^-5이다.

正義 [ 編輯 ]

아레니우스의 定義 [ 編輯 ]

1884年, 스웨덴의 化學者 스반테 아레니우스 는 물에 녹였을 때 $H^{+}$ 를 내놓는 物質을 산(acid)이라고 定義하였다.

하지만 山이 물에 녹을 때 물은 鹽基로 作用하여 陽性子와 結合하기 때문에 물에서 하이드로늄 이온( $H_{3}O^{+}$ )을 形成하는 物質을 아레니우스 山의 더 나은 表現이라고 할 수 있다. 例示는 다음과 같다.

$HBr(aq)+H_{2}O(l)$ → $H_{3}O^{+}(aq)+Br^{-}(aq)$ (이때 $HBr$ 은 아레니우스 山)

限界 [ 編輯 ]

水溶液에서 일어나는 反應에서만 適用可能하다.
水素이온은 水溶液에서 홀로 存在하지 않는다. 물과 結合하여 하이드로늄 이온 (H₃O?)로 存在한다
水溶液에서 水素이온이나 水酸化 이온을 내놓지 않는 物質에서는 適用할 수 없다. 鹽基性物質인 암모니아를 물에 녹이면, 물에서 水素이온을 빼앗으므로 間接的으로 水酸化 이온의 濃度가 增加한다. 암모니아는 直接的으로 水酸化 이온을 내어놓지 않는다. 아레니우스 定義에 依하면 암모니아는 鹽基가 아니다.

브뢴스테드-로우리 正義 [ 編輯 ]

브뢴스테드와 로우리가 提示한 方法으로 陽性子(水素이온 H?)를 내놓는 物質은 산, 陽性子(水素이온 H?)를 받는 物質을 鹽基라 定義하였다. 이때, 前者를 陽性子 주개(proton donor) 後者를 陽性子 받개(proton acceptor)라 부른다.

${\ce {HA + B -> HB + A}}$

例컨대 위와 같은 式의 境遇 HA를 산, B를 鹽基라 한다. 마지막으로 이때 山과 鹽基의 關係를 짝酸 짝鹽基關係라고 하는데 이는 '짝酸 ↔ 짝鹽基 + H?'의 關係를 가지는 物質이라고 말할 수 있으며 이 境遇 HA와 B의 關係이다.

背景 [ 編輯 ]

아레니우스 正義가 效率的이라 할지라도 그 範圍內에서는 定義할 수 없는 境遇들이 있다. 아래와 같은 境遇가 있다.

${\ce {CH3COOH + H2O -> CH3COO- + H3O+}}$

${\ce {CH3COOH + NH3 -> CH3COO- + NH4+}}$

첫 番째 境遇 아레니우스 酸鹽基正義로도 브뢴스테드-로우리 鹽基正義 모두로 아세트산이 山임을 쉽게 알 수 있다. 하지만 두 番째 境遇를 보면, 反應을 통해 하이드로늄 이온(hydronium ion)이 發生하지 않았으므로 이를 아레니우스 山이라 부를 수는 없다. 이와 같이 비 水龍城溶液에서의 反應이나 氣體相에서 나타나는 反應에 對해서는 아레니우스 酸鹽基定義를 통해 說明할 수 없다. 따라서 브뢴스테드-로우리 酸鹽基正義를 導入하여 위와 같은 問題를 解決하였다.

루이스의 定義 [ 編輯 ]

1923年, 美國의 化學者 길버트 뉴턴 루이스 는 陽性子( $H^{+}$ )와 수산이온( $OH^{-}$ )의 反應을 새로운 觀點으로 바라볼 것을 主張하였다. 수산이온은 非共有電子雙 3雙을 가지고 있는데, 陽性子는 電子雙 한 雙을 받으며 수산이온과 結合을 한다. 루이스는 이렇게 結合을 하기 위해 電子雙을 받는 物質을 山이라 定義하였다. 이 定義는 水素이온이 들어있지 않은 다른 反應에서도 쓰일 수 있다.

配位結合 [ 編輯 ]

이때 루이스 産科 루이스 鹽基가 形成하는 結合을 背違結合 또는 배위 共有結合이라고한다. 配位共有結合이란 두 原子가 共有結合을 할 때 共有電子雙이 한 쪽의 原子에서 由來하여 結合된 境遇를 말한다. 例示는 다음과 같다.

$BF_{3}+NH_{3}$

한便金屬이온은 電子가 不足하며, 原子가 오비탈이 비어있기에 대게 루이스 酸으로 作用한다. 이때 金屬이온(루이스 산)과 루이스 鹽基가 結合하여 착이온 을 形成한다.

陽性子의 有無가 山의 正義에 核心的인 要素였던 아레니우스 正義와, 브뢴스테드-로우리 正義와 달리, 루이스 定義는 反應過程中電子雙을 받는 모든 物質을 山이라 定義하여 山의 範圍를 한層 넓혔다.

酸鹽基正義
	산	鹽基
Arrhenius	水溶液床에서 ${\ce {H+}}$ 를 내놓는 物質	水溶液床에서 ${\ce {OH^-}}$ 를 내놓는 物質
Brønsted?Lowry	${\ce {H+}}$ 를 내놓는 物質	${\ce {H+}}$ 를 받는 物質
Lewis	$e^{-}$ 를 받는 物質	$e^{-}$ 를 내놓는 物質

山의 性質 [ 編輯 ]

産을 英語로는 acid라 말하는데 이는 시큼하다는 라틴語單語인 'acidus'을 語源으로 한다. 이와 같이 시큼한 맛이 나는 飮食에는 山이 들어 있다. 예컨대 레몬, 橘, 石榴等의 과일에는 枸櫞酸(citric acid)李 들어있으며, 食醋에는 아세트산이 들어있으며. 炭酸飮料에는 炭酸이 들어 있어 있어 시큼한 맛을 낸다.

産銀金屬들과 反應하여 水素氣體를 發生시키며 炭酸鹽物質과 反應하여 二酸化炭素를 發生시킨다. 代表的인 反應式은 다음과 같다.

${\ce {2HCl(aq) + Mg(s) -> MgCl2(aq) + H2(g)}}$ , ${\ce {2HCl(aq) + CaCO3(s) -> CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)}}$

産銀金屬의 綠과 腐蝕을 除去한다. 위와 같은 過程은 自動車電池의 배터리의 電解質로 使用되기도 한다. 産銀防腐劑役割을 하기도 하는데, 그 例로는 食醋에 들어 있는 아세트산이나 피클에 들어있는 枸櫞酸等이 있다. 山은 鹽基性物質과 反應하여 鹽을 生成하고 水龍城酸溶液에서 山은 電解質로서 作用해 電氣를 통하게 한다.

出處 [ 編輯 ]

https://www.kcsnet.or.kr/main/k_download/chemedu_download.htm?chempdf=3804007.pdf (大韓化學會) [ 編輯 ]

化學的 性質 [ 編輯 ]