산 및 염기 농도

Arrhenius acid는 물에 용해될 때 수소 이온을 생성하는 물질이고 염기는 수산화물 이온을 생성하는 물질입니다. 수소 이온은 즉시 물과 반응하여 히드로늄 이온을 형성하지만 단순화를 위해 계속 수소 이온으로 생각할 것입니다. 용액에 있는 수소 이온 또는 수산화물 이온의 양에 따라 산성 또는 염기성으로 간주됩니다.

우리는 수소 이온 농도의 음의 로그로 계산되는 pH를 사용하여 산도 또는 염기성의 양을 측정합니다. 따라서 7 미만의 pH 값은 산성이고 7 이상의 pH 값은 염기성입니다. pH 7은 중성입니다.

산과 염기는 또한 pH와 다른 강도에 따라 비교됩니다. 산의 강도는 수소 이온이 켤레 염기라고 하는 음이온에서 얼마나 쉽게 해리되는지와 관련이 있습니다. 수산화물 이온(hydroxide ion)과 그 공액산(conjugate acid)과 관련하여 염기에 대해서도 동일한 아이디어가 이어집니다. 산 해리 상수 또는 K_a를 사용하여 해당 강도에 값을 할당할 수 있습니다.

K_a는 비해리산(non-dissociated acid)과 해리된 수소 이온 및 접합체 염기의 농도를 사용하여 정의된다. 이 관계는 종종 K_a의 음수 로그인 pK_a로 표시되는 것을 볼 수 있습니다. pK_a가 작을수록 산이 더 강해집니다.

염산과 같은 일부 산은 단양성자인데, 이는 수소 이온을 하나만 해리할 수 있음을 의미합니다. 인산과 같은 폴리프로트산은 여러 수소 이온을 해리할 수 있습니다. 각 해리에는 고유한 pK_a가 있습니다.

그렇다면 pK_a를 어떻게 결정할 수 있을까요? 한 가지 방법은 산-염기 적정을 수행하는 것입니다. 적정은 농도를 알 수 없는 용액에 농도가 알려진 용액을 천천히 첨가하면서 이들 사이의 반응을 관찰하여 수행됩니다. 이 경우, 산은 중화 반응에서 염기와 반응하여 소금과 물을 형성합니다.

따라서 산에서 수소 이온의 농도를 측정하려면 산이 중화될 때까지 알려진 수산화물 이온 농도를 가진 강한 염기로 간단히 적정할 수 있습니다. 적정을 정확하게 수행하려면 염기를 표준화해야 하며, 이는 정확한 수산화물 이온 농도를 알고 있어야 함을 의미합니다. 이것이 항상 간단한 것은 아닙니다.

예를 들어, 실험에 사용할 NaOH는 흡습성이 매우 높아 대기에서 물을 흡수합니다. 이것은 NaOH에 고체와 용액 모두에서 발생합니다. 따라서 NaOH 용액의 실제 농도는 예상보다 낮을 수 있습니다.

NaOH의 정확한 농도를 측정하려면 먼저 산-염기