산과 염기로서의 이온

산성 이온을 함유한 염

염은 양이온과 음이온으로 구성된 이온성 화합물로, 둘 중 하나가 물과 산 또는 염기 이온화 반응을 일으킬 수 있습니다. 그러므로 염 수용액은 염을 구성하는 이온의 상대적인 산-염기 강도에 따라 산성, 염기성 또는 중성이 될 수 있습니다. 예를 들어, 염화암모늄을 물에 용해시키면 다음 방정식으로 설명되는 해리가 발생합니다.

암모늄 이온은 염기 암모니아, NH_3의 짝산입니다. 산 이온화(또는 산 가수분해) 반응은 다음과 같이 표현됩니다.

암모니아는 약염기이므로 K_b를 측정할 수 있으며 K_a > 0(암모늄 이온은 약산)입니다.

염화물 이온은 염산의 짝염기이므로 염기 이온화(또는 염기 가수분해) 반응은 다음과 같이 표현됩니다.

HCl은 강산이기 때문에 K_a는 헤아릴 수 없을 정도로 크고 K_b ≒ 0입니다(염소 이온은 감지할 수 있는 가수분해를 거치지 않습니다). 따라서 염화암모늄을 물에 녹이면 약산성 양이온(NH_4^+)과 불활성 음이온(Cl^-)의 용액이 생성되어 산성 용액이 됩니다.

염기성 이온을 함유한 염

또 다른 예로, 아세트산나트륨을 물에 녹이는 것을 고려해 보세요.

나트륨 이온은 산 또는 염기 이온화를 감지할 수 없으며 용액 pH에 영향을 미치지 않습니다. 이는 수소나 산소 원자가 없음을 나타내는 이온 공식에서 분명해 보일 수 있지만, 이 섹션의 뒷부분에서 설명하는 것처럼 일부 용해된 금속 이온은 약산으로 기능합니다. 아세트산 이온 CH_3CO_2^-는 아세트산 CH_3CO_2H의 짝염기이므로 염기 이온화(또는 염기 가수분해) 반응은 다음과 같이 표현됩니다.

아세트산은 약산이기 때문에 K_a를 측정할 수 있고 K_b > 0(아세트산 이온은 약염기임)입니다. 아세트산 나트륨을 물에 녹이면 불활성 양이온(Na^+)과 약염기 음이온(CH_3CO_2^−)의 용액이 생성되어 염기성 용액이 됩니다.

산성 및 염기성 이온을 함유한 염

일부 염은 산성 이온과 염기성 이온으로 구성되어 있으므로 용액의 pH는 이 두 종의 상대적 강도에 따라 달라집니다. 이러한 유형의 염의 경우 K_a 및 K_b 값을 비교하면 용액의 산-염기 상태를 예측할 수 있습니다.

수화된 금속 이온의 이온화

이전 예의 1족 및 2족 금속 이온(Na^+, Ca^2+ 등)과 달리 일부 금속 이온은 수용액에서 산으로 기능합니다. 이러한 이온은 용해될 때 물 분자에 의해 느슨하게 용해되는 것이 아닙니다. 대신 이것은 고정된 수의 물 분자와 공유 결합하여 착이온을 생성합니다(배위 화학에 관한 장 참조). 예를 들어, 질산알루미늄이 물에 용해되는 현상은 일반적으로 다음과 같이 표현됩니다.

그러나 알루미늄(III) 이온은 실제로 6개의 물 분자와 반응하여 안정적인 착이온을 형성하므로 용해 과정을 보다 명확하게 표현하면 다음과 같습니다.

Al(H_2O)_6^3+ 이온은 중앙 Al 원자와 6개 물 분자의 O 원자 사이의 결합을 포함합니다. 결과적으로 결합된 물 분자의 O-H 결합은 결합되지 않은 물 분자보다 극성이 더 강하여 결합된 물 분자가 수소 이온을 더 쉽게 제공하게 됩니다.

이 과정에 의해 생성된 짝염기는 산으로 작용할 수 있는 5개의 다른 결합된 물 분자를 포함하므로 아래 몇 가지 방정식에 설명된 대로 양성자의 순차적 또는 단계적 이동이 가능합니다.

알칼리 금속(1족)과 일부 알칼리 토금속(2족)을 제외하고 대부분의 다른 금속 이온은 물에 용해될 때 어느 정도 산성 이온화를 겪습니다. 이러한 착이온의 산 강도는 일반적으로 전하가 증가하고 금속 이온의 크기가 감소함에 따라 증가합니다. 몇 가지 다른 산성 금속 이온에 대한 첫 번째 단계 산 이온화 방정식은 다음과 같습니다.

이 문서는 에서 발췌되었습니다 Openstax, Chemistry 2e, Section 14.4: Hydrolysis of Salts.