15.10: 산과 염기로서의 이온

산성 이온을 가진 소금

염은 양이온과 음이온으로 구성된 이온 화합물이며, 그 중 하나는 물과 산 또는 기본 이온화 반응을 겪을 수 있습니다. 따라서 수성 염용액은 염 성분 이온의 상대산염 강도에 따라 산성, 기본 또는 중성일 수 있다. 예를 들어, 물에 염산 암모늄을 용해하면 방정식에 의해 설명된 대로 해리가 발생합니다.

암모늄 이온은 염기 암모니아, NH_3의컨쥬게이트 산이다. 그 산 이온화 (또는 산 가수 분해) 반응은

암모니아는 약한 기저이기 때문에,_Kb는 측정 가능하고_Ka> 0(암모늄 이온은 약한 산입니다).

염화물 이온은 염산의 컨쥬게이트 베이스이므로 염기 이온화(또는 염기 가수분해) 반응으로 표현됩니다.

HCl은 강한 산이기 때문에_Ka는 헤아릴 수 없을 정도로 크고 K_b ≈ 0(염화물 이온은 상당한 가수분해를 겪지 않습니다). 따라서, 물에 염화암모늄을 용해시키는 것은 산성 용액을 초래하는 약한 산성 양이온(NH₄⁺⁾및 불활성 음이온(Cl−)의 용액을 산출한다.

기본 이온을 가진 소금

또 다른 예로, 물에 아세테이트 나트륨을 용해시키는 것이 좋습니다.

나트륨 이온은 상당한 산 또는 염기 이온화를 거치지 않으며 용액 pH에 영향을 미치지 않습니다. 이것은 수소 또는 산소 원자를 나타내는 이온의 공식에서 명백하게 보일 수 있습니다, 그러나 몇몇 용해된 금속 이온은 약한 산으로 작동합니다, 이 단면도의 나중에 다루듯이. 아세테이트 이온, CH₃CO₂^-- 아세트산, CH₃CO₂H의 컨쥬게이트 베이스이므로 기본 이온화(또는 염기 가수분해) 반응으로 표현된다.

아세트산은 약한 산이기 때문에,그_Ka는 측정 할 수 있고 K_b > 0 (아세테이트 이온은 약한 베이스입니다). 물에 아세테이트 나트륨을 용해하면 불활성 양이온(Na^+)과약한 염기 음이온(CH_3CO2^−)의용액을 산출하여 기본 용액을 생성합니다.

산성 및 기본 이온을 가진 소금

일부 염은 산성 및 기본 이온으로 구성되므로 솔루션의 pH는 이 두 종의 상대적 강도에 따라 달라집니다. 이러한 유형의 염의 경우 K_a 및 K_b 값을 비교하여 용액의 산염 기반 상태를 예측할 수 있습니다.

수화 금속 이온의 이온화

이전 예제의 그룹 1 및 2 금속 이온(Na^+,Ca²⁺등)과 달리 일부 금속 이온은 수성 용액에서 산으로 기능합니다. 이 이온은 용해 될 때 물 분자에 의해 느슨하게 솔바드는 것이 아닙니다. 대신 그들은 복잡한 이온을 산출하기 위해 물 분자의 고정 된 수에 공유 결합 (조정 화학에 장 참조). 예를 들어, 물에 알루미늄 질산염의 용해는 일반적으로

그러나, 알루미늄(III) 이온은 실제로 6개의 물 분자와 반응하여 안정적인 복합 이온을 형성하므로 용해 공정의 보다 명시적인 표현은

Al(H₂O)₆³⁺ 이온은 중앙 알 원자와 6개의 물 분자의 O 원자 사이의 결합을 포함한다. 따라서, 결합된 물 분자의 O-H 결합은 비결합수 분자에 있는 보다는 더 극적입니다, 결합된 분자는 수소 이온의 기증에 더 수그립니다:

이 공정에 의해 생성된 공주 염기는 산으로 작용할 수 있는 5개의 다른 접재물 분자를 포함하고 있으므로 아래 몇 가지 방정식에서 묘사된 바와 같이 양성자의 순차적 또는 단계별 전달이 가능합니다.

알칼리 금속(group 1) 및 일부 알칼리성 지구 금속(group 2)을 제외하고, 대부분의 다른 금속 이온은 물에 용해될 때 어느 정도 산 이온화를 받게 된다. 이러한 복잡한 이온의 산 강도는 전형적으로 금속 이온의 전하 증가 및 크기 감소로 증가합니다. 몇 가지 다른 산성 금속 이온에 대한 첫 번째 단계 산 이온화 방정식은 다음과 같습니다.

이 텍스트는 Openstax, 화학 2e, 섹션 14.4: 소금의 가수 분해에서 적용됩니다.

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.