덕성면접_4회차_화학_참고자료.pdf - 산 ,염 기 ,완 중 용 � 2-1 산 과 염기 산과 염기의 개념(1 Arrhenius의 전 리

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Unformatted text preview: 산 ,염 기 ,완 중 용 액 2-1. 산 과 염기 산과 염기의 개념 (1) Arrhenius의 전 리 설 (내 87년) 산 : H20 에 용해하여 H +를 내 놓 는 물질 염기 : H20 에 용해하여 『 를 내 놓 는 물질 (2) Br6nsted-Lowry설 (1923년) 산 : 양 성 자 를 방 출 할 수 있는 물 질 (proton donor) 염기 : 양 성 자 를 받아들일 수 있는 물 질 (proton acceptor) (3) Lewis 설 (1明0년대) 산 : 전 자 쌍 받게 (electron-pair acceptor) 염기 : 전 자 쌍 주게 (electron-pair donor) 짝산과 짝염기 서로 수 소 이온 을 잃거나 얻음으로써 산 또 는 염기로 상 호 변환할 수 있는 것. + H 2o ( HC 씬 H30 + 산 염기 짝산 -짝염 기 쌍 NH3 + H2O 염기1 더 산2 짝산 -짝염 기 쌍 OH 염기2 C1 뼈 염기 2 + NH4 산1 2 • 산. 염기, 완충용 액 짝 산 짝염기 에 서 , K»Kb = K비 수 평 화 효 과 (평준화 효과) 수용액에 서 가 능 한 가 장 센 산 은 H30 +(H+)이고,가 장 센 염기는 OH 이다. H30 +보 다 더 센 모 든 산 (양 성 자 주 게 )은 물에게 양 성 자 를 주어 H30 +를 만 들 며 , OH_보 다 더 센 모 든 염기는 물에서 H+를 제 거 하 여 HCl 4 HC1 HNO3 + + + 打를 만든다. H20 ^ h 3o + H20 며 h 3o + H20 더 h 3o + + Cla r + cr + n o 3" 수용액에 서 구별되지 않는 산 과 염기의 세 기 가 비수용성 용 매 에 서 는 구별될 수 가 있다. 예 를 들 면 ,과 염 소 산 과 염산은 수 용 액 에 서 는 거의 100% 해 리 하 므 로 그 세 기 가 구별되지 않지 만, 빙초 산 용 매 에 서 는 두 산 모 두 완전 해리하지 않 으 므 로 그 세 기 가 구별된다. HC 104 + CH3CO2H 던 CH3C 0 2H2+ + CIO4" K = 1.3 x 1 一 5 (용매) HC 1 + CH3CO2H 너 c h 3c o 2h 2+ + C f K = 5.8 x 1 -8 빙 초 산 용액 중 에 서 는 HC104가 HC1보 다 훨씬 강 한 산이다. 물의 해리 자 체 -이 온 화 (selHonization) 반 응 또 는 자기해리(自 己 ^!磨 | ; autoprotolysis) 반 응 : 양성자성 용매 (protic solvent) 가 갖 는 성질로서 물분자의 경우 극히 적은 일부분이 이온화되어 하 이 드 로 늄 (수소) 이 온 과 수 산 화 이온으 로 해리됨. HzO + H 20 던 H 30 + + OHT X w = [ H +][ OH ] = 1.0 x l _w (25 °C ) pH의 정확한 정의 pH = -\ ogA H+ = -log[H +]yH+ 산 염기 수용액의 pH 인 용 액 은 염기성이 다. 25°C에서 산성 용 액 은 pH 인 용액은 산성이고 가 7보 다 낮 고 ,염기성 용 액 은 7보 다 높다. - 19 - 2 . 산, 염기, 완충용 액 pH 미터 수 소 이온에 선택적 인 전극을 장 치 한 전위차계 이다. pH 미터에 사 용 되 는 전 극 은 Na + 이온에 대 해 서 는 상 당 한 정도로 감응한다. 따라서 Na +가 다량 함 유 된 용액의 pH는 실 제 보 다 낮게 나타난다 . 이를 나 트 륨 효 과 (sodium effect), 또 는 알칼리 효 과 라 고 한다. 2 - 2. 산 염 기 수 용 액 의 평 형 강산과 강염기 ^ : HCl, HBr, HI, H2S0 4, HNO3. HCIO4 강염기 :LiOH , NaOH , KOH, RbOH, CsOH, R4NOH 알칼리 토 금 속 (Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+)의 수 산 화 물 은 실용적인 목 적 으 로 는 강 염 기 로 간주 할 수 있다. 약산과 약염기 농 도 C 인 약산의 수용액에서 C [H+] [ 아 r ] 이 면 , [H +] = ^ ~ C 농 도 C 인 약염기 수용액에 서 C [OH] [0H1 = [H+] 이 면 , v/A ^ C 평형식의 체계적인 계산법 농 도 C 인 H2A 수용액 (1) 존 재 하 는 모 든 평 형 식 을 쓴다. H2A 수 용 액 에 서 는 다 음 과 같 은 3가지의 평 형 식 을 쓸 수 있다. H2A *- ^ H + + HA ~ HA " 주=^ H + + A 2' h 2o ^크 H+ + OH " [H +][H A 1 [H2A ] K, = k 2= K [h +][a 21 -= [ [H A l 月 月 1 - 20 - ① ② ③ 2 • 산. 염기. 완충용 액 (2) 평 형 상 수 식 3가 지 평 형 식 에 대 한 평 형 상 수 식 은 위 에 표 시 한 대 로 K ' K 2, 成 .이 다 . (3) 질 량 균 형 의 식 전 체 H2A 의 포 르 말 농 도 C 이 므 로 , [H2A ] + [HA "] + [A 2-] = C ④ (4) 전 하 균 형 의 식 용 액 은 전 기 적 으 로 중 성 을 이 루 어 야 하 므 로 전체 양 전 하 와 음 전 하 의 합 은 같 아 야 한다. 아 래 식 에 서 2가 의 전 하 를 띄 고 있 는 A 2— 에 는 계 수 2를 곱 하 였 음 을 유 의 . [H+] = [OH -] + [HA _] + 2[A 2~] ⑤ 四 미지항의 수 와 식의 개 수 를 비교한 다 . 미지항의 수 와 식의 개 수 는 같 아 야 한다. 미 지 항 은 [H2A ], [HA ] , [A 2! , [H +], [OH ] 의 5개 이 다 . (6) 수 식 을 푼 다 . 식의 수 는 ① 一 ⑤ 까 지 이 때 ,근 사 식 으 로 계 산 할 수 있 는 항 이 있 는 지 확 인 한 다 . 5개 이 다 . 근사식을 이용하 여 계 산 한 경 우 에 는 반 드 시 계 산 후 에 근 사 식 이 타 당 한 지 를 점 검 해 야 한 다 . 우 리 는 이미 여러 경우의 근 사 식 을 사용하여 왔다. 다 양 성 자 성 산 . 다 양 성 자 성 염 기의 수 용 액 2개 이 상 의 양 성 자 를 주 거 나 받 을 수 있 는 산 또 는 염기 다양성자성산의 연 속 적 산 해 리 상 수 : K u K 2, K } (아 래 첨 자 a는 보 통 생 략 ) 다양성자성염기의 연 속 적 염 기 해 리 상 수 : Km, K b2, Kw (아 래 첨 자 느는 그 대 로 둠 ) 이 양 성 자 성 산 의 짝산一염기 쌍 에 서 , A. a[.K 62 — K\\- K a 2-K bl = Kw 삼 양 성 자 성 산 의 짝 산 -염 기 쌍 에 서 , K a K bi = K'v K a2'K b2 — K a3.K b' — Kyy 이 양 성 자 성 약 산 의 산 성 형 ( H2A ) 대부분의 약한 이양성자성산의 경우 지 약 한 이 양 성 자 성 산 의 용 액 은 Ka = 及 인 약한 일양성자성산의 용액처럼 - 21 - 취급 2 . 산, 염기. 완충용 액 농 도 C 인 이 양 성 자 성 산 H2A 의 수 용 액 에 서 見 , 及V 기고, C [H+] [OH] 이 면 , [H i — v^ C = 이 때 , [A 2-] N K ai 이 양 성 자 성 약 산 의 염 기 성 형 (A 2) 이 양 성 자 성 음 이 온 (A 2— )에 대 한 두 Kb 값 은 K 4l K *2의 관 계 가 성 립 한 다 . 농 도 C 인 A 2— 의 수용액에서 시 :이 고 C 。 , [OHT] [H +]이 면 , [ H l= 이 때 , [H! A] N K h 이 양 성 자 성 약 산 의 중 간 형 ( HA ) 농 도 C 인 NaHA 용 액 농 도 C 인 이 양 성 자 성 산 H2A 의 중 간 형 HA_ 용 액 에 서 C [H+],C [H i % 만 약 K2C 見끼고 ^ [OH_]이 면 , // MA C + K xK w V A +C C 이면 농 도 C 인 이 양 성 자 성 산 H2A 의 중 간 형 HA_ 용 액 에 서 C [H +],C [OlT ]이 고 ,K2C 7C ,幻 C 이면 [H +l = 이 경 우 용 액 의 pH는 다 음 과 같 다 . pH = | ( pA; + pA유) 삼 양 성 자 성 약 산 (H_、A ) 1) H3A 는 K = 幻인 일양성자성 약 산 으 로 다룬다. 2) H2A_는 이 양 성 자 성 약 산 의 중 간 형 으 로 다 룬 다 . - 22 - 2- 산. 염 기 , 완충용액 / A -.A-C + ^ A [H+] V一 ^ + C~ HA 2— 도 이양성자성 약산의 중 간 형 으 로 다룬다. 3) 다 만 평 형 상 수 는 지 과 K 2 대 신 에 표2와 幻 이 어 야 한 다 . ,와 3c +Ayrw [H ] k 2+ c A 3 는 成 = K bl = K J K .,91 일 양 성 자 성 약 염 기 로 다 룬 다 . 4) 약 산 과 약 염 기 의 염 ( NH^A c ) 약 산 과 약 염 기 로 부 터 생 성 된 염 의 용 액 의 pH는 그 농 도 와 는 크 게 관 련 이 없다. 약 산 과 약 염 기 로 된 염의 경 우 tH l = \ /W = ^ ^ p ^ = \ (p K + p K ) 양쪽성 물질의 수용액 - 산이면서 또 한편으로는 염기이기도 한 물질. - 이 양 성 자 성 약 산 의 중 간 종 인 HC 3_는 C 32_에 대 해 서 는 산 이 고 ,H2C 3에 대 해 서 는 염 기 이 므로 양쪽성 물 질 이 다 - Na2HP 4, NaH2P 4, m T A 의 나 트 륨 염 (단 사 나 트 륨 염 은 제 외 ) 및 글 리 신 등 의 아 미 노 산 등 아미노산 예 로 서 루 신 (leucme)을 따 로 표 기 하 면 ,루 신 은 용 액 중 에 서 다 음 과 같 이 해 리 한 다 . (CH3)2CHCH2- 이 다 . R -C H -C O O H | P及:, = 2.329 ----- ^ d ru 3 r r\ r\ - = 9.747 R -C H 1 nh2 NH3 + + ( h 2l +) (HL) (I, ) h 2l +의 평 형 식 h 2l HL + 5=크 HL 며 L— + + Ka, = K\ H+ H+ K a 2 = 父2 - 23 단 R = 2 . 산. 염기. 완충용 액 L 의 평형식 I + HI. + H그O 너 H2 HL 던 + OH — H2L + + OH Kb ' Ky 등전점 (isoelectric point) 한 분 자 내 에 +와 -의 두 가 지 전 하 를 떨 수 있 는 관 능 기 가 공 존 하 는 물 질 에 서 분 자 내 평 균 전 하 가 0이 되 는 점 (pi 로 표 시 ). 아 미 노 산 의 경 우 등 전 점 에 서 는 거 의 대 부 분 zwitterion 형 태 로 존 재 하 며 ,가 장 용 해 도 가 낮 다 . 중성이므로 전기장에서 움직이지 않는다. 등 전 점 에 서 : [H + ] = / _ 둥전점 \ ipK\ +PK 2) 등이온점 (isoionic point) 중 성 상 태 의 분 자 를 물 에 녹 였 을 때 의 pH . 대 개 등 전 점 과 매 우 유 사 하 나 등 전 점 에 서 와 는 달 리 전 기 적 으 로 완전히 중 성 은 아 니 므 로 전기장에서 전 극 쪽 으 로 움 직 인 다 , 등 이 온 점 은 이양성 자성 약산의 중 간 형 의 수 소 이 온 농 도 를 계 산 하 는 식 을 그 대 로 이 용 할 수 있 다 • I R]A-2C + A\ K w [H +] = V A +C 2 - 3. 완 충 용 액 (buffer solution) - 외 부 에 서 소 량 의 산 이 나 염 기 , 또 는 물 을 가 하 여 도 그 용 액 의 pH 가 크 게 변 화 하 지 않 도 록 만 들 어 진 용액 - 보통 산과 그 짝염기의 혼합물로 이루어진다. H enderson-H a ss elb alch 식 Henderson-Hasselbalch 식 pH == pKa + [A 1 log [HA] pH =r piQ log + [B] [B H +] - 24 - 2- 산, 염기, 완충용액 Henderson- Hasselbalch 식의 의미 ① 산 의 P& 와 짝소h 짝 염 기 의 농 도 비 만 알 면 용 액 의 pH를 계 산 할 수 있 다 . ② 로 그 항 의 분 자 와 분 모 에 서 부 피 가 상 쇄 되 므 로 완 충 용 액 의 pH는 용 액 의 부 피 에 크 게 영 향 을 받지 않 는 다 . ③ 만 일 [A _] = [HA ] 이 면 PH = p K 이 다 . ④ [A _] /[ HA ] 의 비 가 10배 변 할 때 마 다 pH 가 한 단 위 씩 변 한 다 . H2A를 이 용 한 완 충 용 액 H2A + NaHA : p/, = p^ 1+ l g w NaHA + Na2A : Pff^ PK 2+ l g^ l 완 충 용 액 의 한계 실 제 완 충 용 액 을 만 들 기 위 하 여 계 산 량 을 그 대 로 섞 었 을 때 pH 가 맞 지 않 는 이 유 ① 활 동 도 계 수 : 모 든 평 형 식 에 서 와 마 찬 가 지 로 실 제 Henderson~Hasselbalch 식 의 정 확 한 표 현은 활동도로 표시되어야 한다. ② 온도의 영 향 : 완 충 용 액 의 pH는 온 도 에 따 라 달 라 진 다 . ③ C 0 2의 영 향 : 물 에 녹 아 있 는 이 산 화 탄 소 에 의 해 pH는 영 향 을 받 는 다 . ④ 근 사 값 계산에 따 른 영향: 산 과 짝 염 기 의 농 도 를 근 사 값 을 사 용 하 여 계산 ⑤ 기타 불순한 시약을 사용하거나 칭량 오차 등 완충 용량 완 중 용 량 (buffer capacity) 또 는 완 중 세 기 (buffer intensity) p 완 충 용 액 1 L 의 pH를 1단 위 바 꾸 는 데 필 요 한 강 산 또 는 강 염 기 의 몰 수 - P 값 이 클 수 록 용 액 은 pH 변 화 를 효 과 적 으 로 방 지 한 다 . - 완 충 용 량 은 pH = 일 때 최대점에 도달한다. 즉 ,완 충 용 액 은 [HA ] = [ 시 일 때 pH 변 화 를 막 는 데 가 장 효 과 적 이 다 . - 완 충 제 를 고 를 때 는 원 하 는 pH 에 가 능 한 한 가 장 가 까 운 pK, 값 을 갖 는 완 충 제 를 택 해 야 한다. - 완 충 용 액 의 유 용 한 pH 범 위 는 대 체 로 pfQ ± 1이 다 . - 완충 용액의 농도를 증가시키면 완충 용량도 증가한다. - 25 - ...
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