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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.
| 첫 번째 단계 이온화 방정식 | pKa |
| Fe (H2O)63 + (aq)+ H2O (l) ⇌ H3O+ (aq)+ Fe (H2O)5(OH)2 + (aq) | 2.74 |
| Cu (H2O)62 + (aq) + H2O (l) ⇌ H3O+ (aq)+ Cu (H2O)5(OH)+ (aq) | ~6.3 |
| Zn (H2O)42 + (aq) + H2O(l)⇌ H3O+ (aq) + Zn (H2O)3(OH) +(aq)+ ( aq) | 9.6 |
이 문서는 에서 발췌되었습니다 Openstax, Chemistry 2e, Section 14.4: Hydrolysis of Salts.
산, 염기, 이온 화합물은 물에 용해될 때 음이온과 양이온을 형성합니다. 염산의 해리에 의해 형성된 염화물과 같은 강산의 짝염기인 음이온은 물에서 양성자를 받아들이기에는 너무 약합니다. 따라서 염화물 이온은 pH 중성입니다.
즉, 산성도 아니고 염기성도 아닙니다. 이와 대조적으로 아세트산의 짝 염기인 아세테이트와 같은 약산에 의해 형성된 음이온은 물에서 양성자를 받아들일 수 있기 때문에 약염기로 작용합니다. 수산화나트륨에 의해 형성된 나트륨 이온과 같이 강염기의 짝산인 양이온은 양성자를 받아들일 수 없으며 따라서 pH 중성입니다.
이와 대조적으로 암모니아의 짝산인 암모늄과 같은 약염기에 의해 생성된 양이온은 양성자를 물에 기증할 수 있기 때문에 약산으로 작용합니다. 염이 이온화될 때 염은 약산이나 약염기의 짝산 또는 짝염기를 포함할 경우 산성 및 염기성 용액을 생성할 수 있습니다. 브롬화암모늄은 물에서 암모늄과 브롬화 이온을 생성합니다.
브롬화 이온은 pH 중성인 반면 암모늄 이온은 양성자를 기증할 수 있기 때문에 약산으로 작용합니다. 아세트산 나트륨이 물에 용해될 때 나트륨 이온은 물과 반응하지 않지만 아세트산 이온은 양성자를 받아들여 염기성 용액을 생성할 수 있습니다. pH 중성 양이온과 음이온이 함유된 소금은 중성 용액을 생성합니다.
예를 들어, 염화나트륨은 물에 용해될 때 나트륨 이온과 염화 이온으로 해리됩니다. 이 두 이온 모두 양성자를 받아들이거나 기증할 수 없기 때문에 그것들은 중성 용액을 생성합니다. 철(III)및 알루미늄(III)과 같은 작고 고전하를 띤 금속 이온도 수화되면 약산으로 작용할 수 있습니다.
알루미늄(III)이 수화되면 약산으로 작용하고 양성자를 수화수에서 자유 물 분자로 전달하여 하이드로늄 이온을 생성합니다. 금속 이온의 크기가 작을수록 그리고 금속 이온에 존재하는 전하가 높을수록 산으로 작용하는 경향이 커집니다. 예를 들어 Fe(II)의 Ka는 6.3 10⁻³인 반면 Ni(II)의 Ka는 2.5 10⁻¹¹입니다.
