Chemistry / 산-염기 개념 정의 / Acid-Base

Chemistry / 산-염기 개념 정의 / Acid-Base

A. 아레니우스의 산 염기 (acids and bases of Arrhenius)

먼저, 스웨덴의 화학자 아레니우스(Svante Arrhenius, 1859~1927)이다.

아레니우스는 산(acid)은 물에서 해리하여 수소 이온(H+)을 생성하는 물질이고, 염기(base)는 물에서 해리하여 수산화 이온(OH-)을 생성하는 물질이라고 제안하였다.

산 HA(aq) → H+(aq) + A-(aq)
염기 MOH(aq) → M+(aq) + OH-(aq)

산은 HCl, HNO3 등이 있고, 염기는 NaOH. KOH 등이 있다.

HCl

HCl(g) + H₂O(l) → H₃O+(aq) + Cl-(aq)

수용액 상에서 H+(수소 이온)을 내놓는 HCl을 아레니우스 산(Arrhenius acid)이라고 한다.

[Chemistry] - Chemistry / H+와 H3O+에 대하여

NaOH

NaOH(s) + (H2O)(l)→ Na+(aq) + OH-(aq)

수용액 상에서 OH-(수산화 이온)을 내놓는 NaOH를 아레니우스 염기(Arrhenius base)라고 한다.

카복실기

카복실기 (Carboxy-)는 아레니우스 산이다.

[Chemistry] - Chemistry / 카르복시기 / Carboxy-

아레니우스 이론은 일반적인 산과 염기의 반응을 설명할 수 있지만, 한계도 있다. 이론이 수용액이라는 조건이 붙기 때문이다. 또한 OH기가 없는 NH₃의 염기성은 설명하지 못한다.

B. 브뢴스테드-로우리의 산 염기 (acids and bases of Brønsted-Lowry)

덴마크의 화학자 브뢴스테드(Johannes Brønsted)와 영국의 화학자 로리(Thomas Lowry)가 1923년에 제안한 이론이다.

산(acid)은 물에서 해리하여 수소 이온(H+)을 줄 수 있는 물질이고, 염기(base)는 양성자를 받을 수 있는 물질이라고 제안하였다.

브뢴스테드-로우리 산(acid): 양성자(H+) 주개
브뢴스테드-로우리 염기(base): 양성자(H+) 받개

• 짝산-짝염기 쌍: 화학식에서 양성자(H+) 하나가 차이 나는 화학종
  A-: 산 HA의 짝염기(conjugate base)
  HA: 염기 A-의 짝산(conjugate acid)
  B: 산 BH+의 짝염기
  BH+: 염기 B의 짝산

브뢴스테드-로우리 산 / 염기

브뢴스테드-로우리 산

전기적 중성인 HCl, HNO₃, HF
염의 양이온과 음이온인 NH₄+, HSO₄-, HCO₃-

HCl은 아레니우스 산이라고 했다. 또한, 브뢴스테드-로우리의 정의에도 부합하므로 마찬가지로 브뢴스테드-로우리 산이다.

브뢴스테드-로우리 염기

NH₃은 물에 녹을 때 용매로부터 양성자를 받으며, 용매는 산으로 작용한다.

NH3(aq) + HCl(aq)→ NH4+(aq) + Cl-(aq)

역반응에서 NH₄+는 양성자 주개로 작용하고, OH-는 양성자 받개로 작용한다.

• 모든 브뢴스테드-로우리 염기는 하나 이상의 고립 전자쌍(:)을 가져야 한다.

브뢴스테드-로우리 산의 정의는 수용액 상에서의 한정인 아레니우스와 다르게 정의 폭이 넓다.

C. 루이스 산 염기 (Lewis acids and bases)

루이스 산 염기는

아레니우스나 브뢴스테드-로우리 처럼

H+(수소이온)으로 정의하지 않는다.

전자쌍을 주는지 받는지에 초점을 둔다.

Example 1. BF3와 NH3의 반응식 (Reaction Fomula)

BF3(aq) + HCl(aq)→ NH4+(aq) + Cl-(aq)

(자신의 것이 아닌) 전자쌍을 받는 BF3는 루이스 산이다.

(자신이 가지고 있는) 전자쌍을 주는 NH3는 루이스 염기이다.

전자쌍을 주는 게 염기이고, 전자쌍을 받는 게 산이다.