15.2
양쪽성 분자는 산과 염기 모두의 역할을 할 수 있습니다. 물은 양쪽성 분자의 한 예입니다. 암모니아 수용액에서 물은 염기인 암모니아에 양성자를 기증함으로써 산의 역할을 할 수 있습니다.
대조적으로 물은 산에서 양성자를 받아들임으로써 염산 수용액에서 염기 역할을 합니다. 물은 양쪽성이기 때문에 자동 이온화될 수 있습니다. 이 과정에서 한 분자의 물은 그 양성자를 받아들여 염기 역할을 하는 물의 다른 분자에 양성자를 기증함으로써 산의 역할을 합니다.
이 과정에 하이드로늄 이온과 수산화 이온을 생성하게 됩니다. 물의 자동 이온화를 위한 평형 상수인 Kᴡ를 물의 이온곱 상수라고도 하며, Kᴡ로 표현할 수 있으며 값은10의 마이너스 14승입니다. 평형식은 하이드로늄 이온의 농도와 수산화 이온의 농도로 작성되며 두 반응물이 액체이기 때문에 분모가 없습니다.
섭씨 25도의 순수한 물에서 하이드로늄 이온과 수산화 이온의 농도는 같습니다. 즉 10의 마이너스 7승입니다. Kᴡ를 사용하여 용액 내 하이드로늄 이온과 수산화 이온의 농도를 계산하고 용액이 산성인지 또는 염기인지를 결정할 수 있습니다.
만약 용액이 산성이라면 하이드로늄 이온의 농도는 수산화 이온보다 높을 것입니다. 반대로 용액이 염기라면 수산화 이온의 농도는 하이드로늄 이온보다 더 높을 것입니다. 용액 내 하이드로늄 이온 농도가 5 곱하기 10의 마이너스 7승 몰농도이면 Kᴡ를 이용하여 수산화 이온 농도를 결정할 수 있습니다.
Kᴡ와 하이드로늄 이온의 값을 알기 때문에 수산화 이온의 농도는 2 곱하기 10의 마이너스 8승 몰농도로 계산될 수 있습니다. 하이드로늄 이온 농도가 5 곱하기 10의 마이너스 7승 몰농도로 수산화 이온 농도 2 곱하기 10의 마이너스 8승 몰농도보다 높기 때문에 용액은 산성입니다.
브뢴스테드-로우리 산과 물 사이의 반응을 산 이온화라고 합니다. 예를 들어, 불화수소가 물에 용해되어 이온화되면 양성자가 불화수소 분자에서 물 분자로 이동하여 하이드로늄 이온과 불화물 이온이 생성됩니다.
종의 염기 이온화는 물 분자로부터 양성자를 받아들일 때 발생합니다…
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