산과 염기의 상대적 세기 1) 강산 . 강염기 ① 수용액에서 이온화되는 정도가 크다 ② 양성자를 잘 내거나 잘 받음 2) 짝산 . 짝염기의 세기 ① 강한산의 짝염기는 약한 염기 ② 약한산의 짝염기는 강한 염기 3) 산과 염기의 평형 ① 강산 . 강염기의 반응 HCl + H2O H3O+ + Cl- NaOH Na+ + OH- . 거의 완전히 오른쪽으로 반응이 진행 평형은 약한산 약한염기를 생성하는 쪽으로 치우침 산의 세기 : HCl > H3O+ 염기의 세기 : H2O > Cl- ② 약산 . 약염기의 반응 . CH3COOH + H2O H3O+ + CH3COO- 약간만 이온화 됨 → 평형은 왼쪽으로 치우침 산의 세기 CH3COOH < H3O+ 염기의 세기 H2O < CHCOO- ③ 산과 염기의 반응에서 이온화도에 의해 산과 염기의 상대적인 세기를 알 수 있다
④ 산과 염기 반응의 평형은 약한 산과 약한 염기를 생성하는 쪽으로 치우침 이온화도 . 이온화 상수와 산과 염기의 세기 1) 이온화도 ①
② 이온화도가 클 수록 강한 산 , 강한 염기임 2) 이온화 상수 ① 이온화 평형 : 전해질 용액의 평형 ② 이온화 상수 : 이온화 평형에서의 평형 상수 . HA + H2O H3O+ + A- (Ka : 산 이온화 상수) . B + H2O BH+ + OH- (Kb : 염기 이온화 상수)
③ Ka , Kb 값이 클 수록 강한 산 , 강한 염기 3) 이온화도와 이온화 상수 및 산의 농도 ① 처음 농도가 C(mol/L), 산 HA 용액에서, 이온화도가 α 인 경우 . HA + H2O H3O+ + A- 처음 농도 C 0 0 이온화된 농도 Cα Cα Cα 평형 농도 C-Cα Cα Cα
② 평형상수
③ 평형에서의 산의 농도 . 약산인 경우 1-α≒ 1 K = Cα2 α = (1`) ∴ [H3O+] = ... (1) ∴ [H3O+] = Cα ... (2) . 강산인 경우 α ≒ 1 ∴ [H3O+] = C . 평형에서 산의 농도는 이온화도가 크면 크다 → 강한 산 : (1) 에서 평형 상수 값이 크면 크다 → 강한 산 : (2)에서 이온화도는 농도가 진할수록 작아짐 : (1`)에서
(3) 수소 이온 농도 → 이온화 상수를 이용하여 계산 물의 자동 이온화 1) 물의 자동 이온화 → 순수한 물도 극히 작은 양의 전기전도도를 띰 H2O + H2O H3O+ + OH- 산 염기 산 염기 | | | | +------------+--------------+---------------+ +--------------+ ① K[H2O]2 = [H3O+][OH-] ② 물의 이온곱 상수 Kw = [H3O+][OH-] ③ 25℃에서 Kw = 1.0 × 10-14 ④ 순수한 물은 중성이므로 [H3O+] = [OH-] = 1.0 × 10-7 수용액에서의 수소 이온 농도 1) C 몰농도인 강한 산 ① 이온화도가 거의 1이므로 평형에서 [H3O+] = C (mol/L) ② 강한 산의 수용액에서는 물의 자동이온화 억제 ∴ 자동 이온화로 생긴 [H3O+]는 1.0 × 10-7 보다 작다 ③ [OH-] = = ④ 물의 자동 이온화로 생긴 [H3O+] = [OH-] → 순수한 물은 중성 2) C 몰농도의 약한 산 ① [H3O+] = Cα ② [H3O+] = 3) 강한 염기 , 약한 염기는 1), 2) 를 참조 4) 수용액의 액성 ① 산성 용액 [H3O+] > [OH-] [H3O+] > 1.0 × 10-7 ② 중성 용액 [H3O+] = [OH-] [H3O+] = 1.0 × 10-7 ③ 염기성 용액 [H3O+] < [OH-] [H3O+] < 1.0 × 10-7 수소 이온 지수 : pH → 수소 이온 농도의 10의 지수값을 나타낸 것 일반적으로 0∼14 까지의 값을 가짐 1) [H3O+] = 10pH 2) pH = - log [H3O+] 3) pOH = - log [OH-] 4) 25℃에서 pH + pOH = 14 5) 산성 용액 pH < 7 pOH > 7 중성 용액 pH = pOH = 7 염기성 용액 pH > 7 pOH < 7
지시약과 pH 1) 지시약 : pH에 따라 색깔이 달라지는 유기 화합물 2) 용액의 대략적인 pH 값을 구할 수 있다
변색 범위(pH) ① 메틸오렌지(MO) : 붉은색 3.1 ∼ 4.5 오렌지색 → 산성지시약 ② 메틸레드 : 붉은색 4.2 ∼ 6.3 노란색 → 산성지시약 ③ 리트머스 : 붉은색 4.5 ∼ 8.3 푸른색 ④ 브롬티몰블루 (BTB): 노란색 8.0 ∼ 9.6 푸른색 → 염기성지시약 ⑤ 페놀프탈레인(pp) : 무색 8.3 ∼ 10.0 붉은색 → 염기성지시약