¶ 지식 정보

¶ 산과 염기

일반적으로 산은 수용액 상태에서 ${\mathrm{H}}^{+}\backslash mathrm\{H\}^\{+\}$를 내놓는 물질이고,
염기는 수용액 상태에서 ${\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}\backslash mathrm\{OH\}^\{-\}$를 내놓는 물질이다.

산과 염기의 정의의 종류에는 아레니우스 정의, 브뢴스테드·로리 정의, 루이스 정의가 있다.

¶ 아레니우스 산과 아레니우스 염기

아레니우스 산은 수용액 상태에서 ${\mathrm{H}}^{+}\backslash mathrm\{H\}^\{+\}$를 내놓는 물질이고,
아레니우스 염기는 수용액 상태에서 ${\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}\backslash mathrm\{OH\}^\{-\}$를 내놓는 물질이다.

¶ 아레니우스 산과 아레니우스 염기 예시

• 아레니우스 산 예시:

$\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\backslash mathrm\{HCl\}$이 물에 녹을 때의 화학 반응식을 간단히 나타내면 아래와 같다.

$\mathrm{HCl}(g) \rightarrow \mathrm{H}^{+}(aq) + \mathrm{Cl}^{-}(aq)$

$\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\backslash mathrm\{HCl\}$은 수용액 상태에서 ${\mathrm{H}}^{+}\backslash mathrm\{H\}^\{+\}$를 내놓으므로 아레니우스 산이다.

수용액 상태에서 ${\mathrm{H}}^{+}\backslash mathrm\{H\}^\{+\}$는 ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\backslash mathrm\{H\_\{2\}O\}$와 결합하여 ${{\mathrm{H}}_3\mathrm{O}}^{+}\backslash mathrm\{H\_\{3\}O\}^\{+\}$를 형성하므로,
위 화학 반응식은 $\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}(g)+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(l)\to {{\mathrm{H}}_3\mathrm{O}}^{+}(aq)+{\mathrm{C}\mathrm{l}}^{-}(aq)\backslash mathrm\{HCl\}(g)\; +\; \backslash mathrm\{H\_\{2\}O\}(l)\; \backslash rightarrow\; \backslash mathrm\{H\_\{3\}O\}^\{+\}(aq)\; +\; \backslash mathrm\{Cl\}^\{-\}(aq)$를 간단히 나타낸 것에 해당한다.

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• 아레니우스 염기 예시:

$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\backslash mathrm\{NaOH\}$가 물에 녹을 때의 화학 반응식을 간단히 나타내면 아래와 같다.

$\mathrm{NaOH}(s) \rightarrow \mathrm{Na}^{+}(aq) + \mathrm{OH}^{-}(aq)$

$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\backslash mathrm\{NaOH\}$는 수용액 상태에서 ${\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}\backslash mathrm\{OH\}^\{-\}$를 내놓으므로 아레니우스 염기이다.

¶ 브뢴스테드·로리 산과 브뢴스테드·로리 염기

브뢴스테드·로리 산은 양성자$({\mathrm{H}}^{+})(\backslash mathrm\{H\}^\{+\})$를 내놓는 물질(양성자 주개)이고,
브뢴스테드·로리 염기는 양성자$({\mathrm{H}}^{+})(\backslash mathrm\{H\}^\{+\})$를 받는 물질(양성자 받개)이다.

¶ 브뢴스테드·로리 산과 브뢴스테드·로리 염기 예시

• 브뢴스테드·로리 정의 예시 $11$:

$\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\backslash mathrm\{HCl\}$이 물에 녹을 때의 화학 반응식은 아래와 같다.

$\mathrm{HCl}(g) + \mathrm{H_{2}O}(l) \rightarrow \mathrm{H_{3}O}^{+}(aq) + \mathrm{Cl}^{-}(aq)$

$\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\backslash mathrm\{HCl\}$은 양성자$({\mathrm{H}}^{+})(\backslash mathrm\{H\}^\{+\})$를 내놓으므로 브뢴스테드·로리 산이고,
${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\backslash mathrm\{H\_\{2\}O\}$는 양성자$({\mathrm{H}}^{+})(\backslash mathrm\{H\}^\{+\})$를 받으므로 브뢴스테드·로리 염기이다.

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• 브뢴스테드·로리 정의 예시 $22$:

$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3\backslash mathrm\{NH\_\{3\}\}$가 물에 녹을 때의 화학 반응식은 아래와 같다.

$\mathrm{NH_{3}}(g) + \mathrm{H_{2}O}(l) \rightleftharpoons \mathrm{NH_{4}}^{+}(aq) + \mathrm{OH}^{-}(aq)$

$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3\backslash mathrm\{NH\_\{3\}\}$는 양성자$({\mathrm{H}}^{+})(\backslash mathrm\{H\}^\{+\})$를 받으므로 브뢴스테드·로리 염기이고,
${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\backslash mathrm\{H\_\{2\}O\}$는 양성자$({\mathrm{H}}^{+})(\backslash mathrm\{H\}^\{+\})$를 내놓으므로 브뢴스테드·로리 산이다.

¶ 루이스 산과 루이스 염기

루이스 산은 비공유 전자쌍을 받는 물질이고,
루이스 염기는 비공유 전자쌍을 주는 물질이다.

¶ 루이스 산과 루이스 염기 예시

${\mathrm{F}}^{-}\backslash mathrm\{F\}^\{-\}$와 $\mathrm{B}{\mathrm{F}}_3\backslash mathrm\{BF\_\{3\}\}$가 반응하여 ${\mathrm{B}{\mathrm{F}}_4}^{-}\backslash mathrm\{BF\_\{4\}\}^\{-\}$가 생성되는 화학 반응식은 아래와 같다.

$\mathrm{F}^{-} + \mathrm{BF_{3}} \rightarrow \mathrm{BF_{4}}^{-}$

이 화학 반응식을 루이스 구조식으로 나타내면 아래 그림과 같다.

$\mathrm{B}{\mathrm{F}}_3\backslash mathrm\{BF\_\{3\}\}$는 비공유 전자쌍을 받으므로 루이스 산이고,
${\mathrm{F}}^{-}\backslash mathrm\{F\}^\{-\}$는 비공유 전자쌍을 주므로 루이스 염기이다.

¶ 1가 산, 2가 산, 3가 산

$11$가 산은 화학식 단위 $11$개당 최대 ${\mathrm{H}}^{+}\backslash mathrm\{H\}^\{+\}$ $11$개를 내놓는 산이고,
$22$가 산은 화학식 단위 $11$개당 최대 ${\mathrm{H}}^{+}\backslash mathrm\{H\}^\{+\}$ $22$개를 내놓는 산이며,
$33$가 산은 화학식 단위 $11$개당 최대 ${\mathrm{H}}^{+}\backslash mathrm\{H\}^\{+\}$ $33$개를 내놓는 산이다.

¶ 1가 산, 2가 산, 3가 산 예시

• $11$가 산 예시:
  $\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\backslash mathrm\{HCl\}$은 아래 화학 반응식과 같이 화학식 단위 $11$개당 최대 ${\mathrm{H}}^{+}\backslash mathrm\{H\}^\{+\}$ $11$개를 내놓을 수 있으므로 $11$가 산이다.

$\mathrm{HCl}(g) \rightarrow \mathrm{H}^{+}(aq) + \mathrm{Cl}^{-}(aq)$

• $22$가 산 예시:
  ${\mathrm{H}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3\backslash mathrm\{H\_\{2\}CO\_\{3\}\}$는 아래 화학 반응식과 같이 화학식 단위 $11$개당 최대 ${\mathrm{H}}^{+}\backslash mathrm\{H\}^\{+\}$ $22$개를 내놓을 수 있으므로 $22$가 산이다.

$\mathrm{H_{2}CO_{3}}(aq) \rightleftharpoons \mathrm{H}^{+}(aq) + \mathrm{HCO_{3}}^{-}(aq)$

$\mathrm{HCO_{3}}^{-}(aq) \rightleftharpoons \mathrm{H}^{+}(aq) + \mathrm{CO_{3}}^{2-}(aq)$

• $33$가 산 예시:
  ${\mathrm{H}}_3\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4\backslash mathrm\{H\_\{3\}PO\_\{4\}\}$는 아래 화학 반응식과 같이 화학식 단위 $11$개당 최대 ${\mathrm{H}}^{+}\backslash mathrm\{H\}^\{+\}$ $33$개를 내놓을 수 있으므로 $33$가 산이다.

$\mathrm{H_{3}PO_{4}}(aq) \rightleftharpoons \mathrm{H}^{+}(aq) + \mathrm{H_{2}PO_{4}}^{-}(aq)$

$\mathrm{H_{2}PO_{4}}^{-}(aq) \rightleftharpoons \mathrm{H}^{+}(aq) + \mathrm{HPO_{4}}^{2-}(aq)$

$\mathrm{HPO_{4}}^{2-}(aq) \rightleftharpoons \mathrm{H}^{+}(aq) + \mathrm{PO_{4}}^{3-}(aq)$

¶ 1가 염기, 2가 염기, 3가 염기

$11$가 염기는 화학식 단위 $11$개당 최대 ${\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}\backslash mathrm\{OH\}^\{-\}$ $11$개를 내놓는 염기이고,
$22$가 염기는 화학식 단위 $11$개당 최대 ${\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}\backslash mathrm\{OH\}^\{-\}$ $22$개를 내놓는 염기이며,
$33$가 염기는 화학식 단위 $11$개당 최대 ${\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}\backslash mathrm\{OH\}^\{-\}$ $33$개를 내놓는 염기이다.

¶ 1가 염기, 2가 염기, 3가 염기 예시

• $11$가 염기 예시:
  $\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\backslash mathrm\{NaOH\}$는 아래 화학 반응식과 같이 화학식 단위 $11$개당 최대 ${\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}\backslash mathrm\{OH\}^\{-\}$ $11$개를 내놓을 수 있으므로 $11$가 염기이다.

$\mathrm{NaOH}(s) \rightarrow \mathrm{Na}^{+}(aq) + \mathrm{OH}^{-}(aq)$

• $22$가 염기 예시:
  $\mathrm{C}\mathrm{a}(\mathrm{O}\mathrm{H}{)}_2\backslash mathrm\{Ca(OH)\_\{2\}\}$는 아래 화학 반응식과 같이 화학식 단위 $11$개당 최대 ${\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}\backslash mathrm\{OH\}^\{-\}$ $22$개를 내놓을 수 있으므로 $22$가 염기이다.

$\mathrm{Ca(OH)_{2}}(s) \rightarrow \mathrm{Ca}^{2+}(aq) + 2\mathrm{OH}^{-}(aq)$

• $33$가 염기 예시:
  $\mathrm{F}\mathrm{e}(\mathrm{O}\mathrm{H}{)}_3\backslash mathrm\{Fe(OH)\_\{3\}\}$는 아래 화학 반응식과 같이 화학식 단위 $11$개당 최대 ${\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}\backslash mathrm\{OH\}^\{-\}$ $33$개를 내놓을 수 있으므로 $33$가 염기이다.

$\mathrm{Fe(OH)_{3}}(s) \rightleftharpoons \mathrm{Fe}^{3+}(aq) + 3\mathrm{OH}^{-}(aq)$

¶ 강산과 강염기

강산은 수용액 상태에서 대부분(약 $100\mathrm{\%}100\backslash ,\backslash \%$) 해리되는 산이고,
강염기는 수용액 상태에서 대부분(약 $100\mathrm{\%}100\backslash ,\backslash \%$) 해리되는 염기이다.

• 강산 예시: $\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\backslash mathrm\{HCl\}$(염산), ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4\backslash mathrm\{H\_\{2\}SO\_\{4\}\}$(황산), $\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3\backslash mathrm\{HNO\_\{3\}\}$(질산), $\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}{\mathrm{O}}_4\backslash mathrm\{HClO\_\{4\}\}$(과염소산) 등
• 강염기 예시: $\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\backslash mathrm\{NaOH\}$(수산화 소듐), $\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\backslash mathrm\{KOH\}$(수산화 포타슘), $\mathrm{C}\mathrm{a}(\mathrm{O}\mathrm{H}{)}_2\backslash mathrm\{Ca(OH)\_\{2\}\}$(수산화 칼슘), $\mathrm{B}\mathrm{a}(\mathrm{O}\mathrm{H}{)}_2\backslash mathrm\{Ba(OH)\_\{2\}\}$(수산화 바륨) 등

¶ 약산과 약염기

약산은 수용액 상태에서 일부만 해리되는 산이고,
약염기는 수용액 상태에서 일부만 해리되는 염기이다.

• 약산 예시: $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}\backslash mathrm\{CH\_\{3\}COOH\}$(아세트산), ${\mathrm{H}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3\backslash mathrm\{H\_\{2\}CO\_\{3\}\}$(탄산), ${\mathrm{H}}_3\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4\backslash mathrm\{H\_\{3\}PO\_\{4\}\}$(인산), $\mathrm{H}\mathrm{F}\backslash mathrm\{HF\}$(플루오린화 수소산) 등
• 약염기 예시: $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3\backslash mathrm\{NH\_\{3\}\}$(암모니아) 등

¶ 적용 문항

¶ 1번 문항

¶ 2번 문항