산, 염기 및 중화 반응

인간의 위는 음식의 소화를 돕는 염산을 포함한 위액이 들어 있는 근육기관입니다. 어떤 음식은 위장의 산도를 높여서 위산 역류를 일으킵니다. 알칼리성 식품 또는 제산제와 같은 염기를 섭취하면 과잉산을 중화시켜 타는 듯한 통증을 완화시켜 줍니다.

이것은 산-염기 반응의 한 가지 예입니다. 가장 단순한 산은 분리 가능한 수소 원자를 포함하고 있는 물질입니다. 이런 물질은 수용액에서 해당 음이온과 함께 양전하를 띤 수소 이온 또는 양성자를 방출합니다.

양성자는 물 분자와 반응하여 하이드로늄 이온을 생성합니다. 예를 들어, 질산 수용액에는 하이드로늄 이온과 질산 이온이 들어 있습니다. 일반적으로 알려진 다른 산에는 염산, 황산, 그리고 인산이 있습니다.

산은 분자당 분리할 수 있는 수소 원자의 수에 따라 일양성자산 또는 다양성자산으로 됩니다. 각각 1개의 분리 가능한 수소를 가진 염산과 질산은 모두 일양성자산의 예이고, 황산과 인산은 다양성자산의 예입니다. 황산은 이양성자산으로 두 개의 양성자를 순차적으로 방출하는 반면 인산은 삼양성자산으로 양성자가 3단계로 순차적으로 분리됩니다.

가장 간단한 염기는 수용액에서 음전하 수산화 이온을 생성하는 화합물입니다. 수산화 이온을 가져 쉽게 식별할 수 있는 염기에는 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화칼슘이 있습니다. 이러한 염기들은 물에 첨가되면 수산화 이온과 해당 금속 양이온으로 분리됩니다.

암모니아와 같은 비수산화 염기들은 물과 반응하여 물 분자에서 양성자를 받아들여 암모늄 이온과 수산화이온을 생성합니다. 일반적으로 산과 염기가 반응하여 물과 염을 생성합니다. 산-염기 반응 중 산에서 공급되는 양성자의 몰 수와 염기에서 공급되는 수산화 이온의 몰 수가 동일할 때 중화 반응이라고도 합니다.

예를 들어, 동일한 양의 질산 수용액과 수산화칼륨 수용액이 혼합된 경우 용액에 공급되는 하이드로늄 이온과 수산화이온의 양도 동일합니다. 따라서 하이드로늄 이온과 수산화이온은 서로 결합하여 물을 형성함으로써 완전히 중화되어 하이드로늄 이온이나 수산화이온이 남지 않게 됩니다. 또한 질산 음이온과 칼륨 양이온이 짝을 이뤄 염인 질산칼륨을 생성합니다.

일부 특정 중화 반응은 기체 발생 반응입니다. 예를 들어, 염산과 아황산칼륨은 서로 반응하여 아황산-중아황산 평형계를 통해 염화칼륨과 물, 그리고 이산화황 가스를 생성합니다.