일반적으로 산은 수용액 상태에서 H+를 내놓는 물질이고,
염기는 수용액 상태에서 OH−를 내놓는 물질이다.
산과 염기의 정의의 종류에는 아레니우스 정의, 브뢴스테드·로리 정의, 루이스 정의가 있다.
아레니우스 산은 수용액 상태에서 H+를 내놓는 물질이고,
아레니우스 염기는 수용액 상태에서 OH−를 내놓는 물질이다.
HCl이 물에 녹을 때의 화학 반응식을 간단히 나타내면 아래와 같다.
$\mathrm{HCl}(g) \rightarrow \mathrm{H}^{+}(aq) + \mathrm{Cl}^{-}(aq)$
HCl은 수용액 상태에서 H+를 내놓으므로 아레니우스 산이다.
수용액 상태에서 H+는 H2O와 결합하여 H3O+를 형성하므로,
위 화학 반응식은 HCl(g)+H2O(l)→H3O+(aq)+Cl−(aq)를 간단히 나타낸 것에 해당한다.
NaOH가 물에 녹을 때의 화학 반응식을 간단히 나타내면 아래와 같다.
$\mathrm{NaOH}(s) \rightarrow \mathrm{Na}^{+}(aq) + \mathrm{OH}^{-}(aq)$
NaOH는 수용액 상태에서 OH−를 내놓으므로 아레니우스 염기이다.
브뢴스테드·로리 산은 양성자(H+)를 내놓는 물질(양성자 주개)이고,
브뢴스테드·로리 염기는 양성자(H+)를 받는 물질(양성자 받개)이다.
HCl이 물에 녹을 때의 화학 반응식은 아래와 같다.
$\mathrm{HCl}(g) + \mathrm{H_{2}O}(l) \rightarrow \mathrm{H_{3}O}^{+}(aq) + \mathrm{Cl}^{-}(aq)$
HCl은 양성자(H+)를 내놓으므로 브뢴스테드·로리 산이고,
H2O는 양성자(H+)를 받으므로 브뢴스테드·로리 염기이다.
NH3가 물에 녹을 때의 화학 반응식은 아래와 같다.
$\mathrm{NH_{3}}(g) + \mathrm{H_{2}O}(l) \rightleftharpoons \mathrm{NH_{4}}^{+}(aq) + \mathrm{OH}^{-}(aq)$
NH3는 양성자(H+)를 받으므로 브뢴스테드·로리 염기이고,
H2O는 양성자(H+)를 내놓으므로 브뢴스테드·로리 산이다.
루이스 산은 비공유 전자쌍을 받는 물질이고,
루이스 염기는 비공유 전자쌍을 주는 물질이다.
F−와 BF3가 반응하여 BF4−가 생성되는 화학 반응식은 아래와 같다.
$\mathrm{F}^{-} + \mathrm{BF_{3}} \rightarrow \mathrm{BF_{4}}^{-}$
이 화학 반응식을 루이스 구조식으로 나타내면 아래 그림과 같다.
BF3는 비공유 전자쌍을 받으므로 루이스 산이고,
F−는 비공유 전자쌍을 주므로 루이스 염기이다.
1가 산은 화학식 단위 1개당 최대 H+ 1개를 내놓는 산이고,
2가 산은 화학식 단위 1개당 최대 H+ 2개를 내놓는 산이며,
3가 산은 화학식 단위 1개당 최대 H+ 3개를 내놓는 산이다.
- 1가 산 예시:
HCl은 아래 화학 반응식과 같이 화학식 단위 1개당 최대 H+ 1개를 내놓을 수 있으므로 1가 산이다.
$\mathrm{HCl}(g) \rightarrow \mathrm{H}^{+}(aq) + \mathrm{Cl}^{-}(aq)$
- 2가 산 예시:
H2CO3는 아래 화학 반응식과 같이 화학식 단위 1개당 최대 H+ 2개를 내놓을 수 있으므로 2가 산이다.
$\mathrm{H_{2}CO_{3}}(aq) \rightleftharpoons \mathrm{H}^{+}(aq) + \mathrm{HCO_{3}}^{-}(aq)$
$\mathrm{HCO_{3}}^{-}(aq) \rightleftharpoons \mathrm{H}^{+}(aq) + \mathrm{CO_{3}}^{2-}(aq)$
- 3가 산 예시:
H3PO4는 아래 화학 반응식과 같이 화학식 단위 1개당 최대 H+ 3개를 내놓을 수 있으므로 3가 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 염기는 화학식 단위 1개당 최대 OH− 1개를 내놓는 염기이고,
2가 염기는 화학식 단위 1개당 최대 OH− 2개를 내놓는 염기이며,
3가 염기는 화학식 단위 1개당 최대 OH− 3개를 내놓는 염기이다.
- 1가 염기 예시:
NaOH는 아래 화학 반응식과 같이 화학식 단위 1개당 최대 OH− 1개를 내놓을 수 있으므로 1가 염기이다.
$\mathrm{NaOH}(s) \rightarrow \mathrm{Na}^{+}(aq) + \mathrm{OH}^{-}(aq)$
- 2가 염기 예시:
Ca(OH)2는 아래 화학 반응식과 같이 화학식 단위 1개당 최대 OH− 2개를 내놓을 수 있으므로 2가 염기이다.
$\mathrm{Ca(OH)_{2}}(s) \rightarrow \mathrm{Ca}^{2+}(aq) + 2\mathrm{OH}^{-}(aq)$
- 3가 염기 예시:
Fe(OH)3는 아래 화학 반응식과 같이 화학식 단위 1개당 최대 OH− 3개를 내놓을 수 있으므로 3가 염기이다.
$\mathrm{Fe(OH)_{3}}(s) \rightleftharpoons \mathrm{Fe}^{3+}(aq) + 3\mathrm{OH}^{-}(aq)$
강산은 수용액 상태일 때 대부분(약 100%) 해리되는 산이고,
강염기는 수용액 상태일 때 대부분(약 100%) 해리되는 염기이다.
- 강산 예시: HCl(염산), H2SO4(황산), HNO3(질산), HClO4(과염소산) 등
- 강염기 예시: NaOH(수산화 소듐), KOH(수산화 포타슘), Ca(OH)2(수산화 칼슘), Ba(OH)2(수산화 바륨) 등
약산은 수용액 상태일 때 일부만 해리되는 산이고,
약염기는 수용액 상태일 때 일부만 해리되는 염기이다.
- 약산 예시: CH3COOH(아세트산), H2CO3(탄산), H3PO4(인산), HF(플루오린화 수소산) 등
- 약염기 예시: NH3(암모니아) 등
정답: $2$
강산은 수용액 상태일 때 대부분(약 100%) 해리되는 산이고,
약산은 수용액 상태일 때 일부만 해리되는 산이며,
HCl은 강산, HF는 약산이다.
모형에서 (가)에는 두 입자가 붙어 있는 것이 남아 있어 일부만 해리되었고, (나)에는 모든 입자가 떨어져 있어 모두 해리되었으므로 (가)는 약산이고, (나)는 강산이다.
그러므로 (가)는 약산인 HF이고, (나)는 강산인 HCl이며,
(가)와 (나)에서 모두 나타나는
는 H+이고,
,
는 각각 F−, Cl−이다.
따라서 정답은 2번이다.