산 : 특성 및 예 - 화학 - 2026

산은 양성자 경향이 높은 공여 또는 전자 쌍을 가진 수용성 화합물이다. 산의 특성을 특징 짓는 많은 정의 (Bronsted, Arrhenius, Lewis)가 있으며 각각은 이러한 유형의 화합물에 대한 글로벌 이미지를 구축하기 위해 보완됩니다.

위의 관점에서 알려진 모든 물질은 산성 일 수 있지만 다른 물질보다 훨씬 뛰어난 물질 만 그런 것으로 간주됩니다. 즉, 물질이 예를 들어 물에 비해 매우 약한 양성자 공여체라면 산이 아니라고 말할 수 있습니다.

약산 인 아세트산은 평형 반응으로 물에 양성자 (녹색으로 강조 표시된 수소 이온)를 제공하여 아세테이트 이온과 하이드로 늄 이온을 제공합니다. 빨간색 : 산소. 블랙 : 카본. 흰색 : 수소.

그렇다면 산과 천연 공급원은 정확히 무엇입니까? 그들의 전형적인 예는 감귤류와 같은 많은 과일에서 찾을 수 있습니다. 레모네이드는 구연산 및 기타 성분으로 인해 독특한 풍미가 있습니다.

혀는 다른 맛과 마찬가지로 산의 존재를 감지 할 수 있습니다. 이러한 화합물의 산도 수준에 따라 맛이 더 견딜 수 없게됩니다. 이런 식으로 혀는 산의 농도, 특히 하이드로 늄 이온 (H ₃ O ⁺ ) 의 농도에 대한 관능 측정기 역할을합니다 .

반면에 산은 음식뿐만 아니라 살아있는 유기체에서도 발견됩니다. 마찬가지로, 토양은 산성으로 특성화 할 수있는 물질을 제공합니다. 알루미늄 및 기타 금속 양이온의 경우입니다.

산의 특성

화합물이 산성으로 간주 되려면 기존 정의에 따라 어떤 특성이 있어야합니까?

이 H를 생성 할 수 있어야 ⁺ 와 OH ^- 이온을 , 매우 용이하게 (브 뢴스 테드)을 다른 종에 양성자 기부해야하거나 마지막으로, (루이스) 음으로 대전되고, 전자쌍을 수용 할 수 있어야 물 (아 레니 우스)에 용해.

그러나 이러한 특성은 화학 구조와 밀접한 관련이 있습니다. 따라서 그것을 분석하는 방법을 배우면 산도 또는 두 가지 화합물 중 어느 것이 가장 산성인지 추론 할 수 있습니다.

-물리적 특성

산에는 풍미가 있으며 중복성, 산 및 냄새가 종종 콧 구멍을 태 웁니다. 그들은 끈적 거리거나 기름진 질감을 가진 액체이며 리트머스 종이와 메틸 오렌지의 색을 빨간색으로 바꿀 수 있습니다 (Properties of Acids and Bases, SF).

-양성자를 생성하는 능력

1923 년 덴마크의 화학자 Johannes Nicolaus Brønsted와 영국의 화학자 Thomas Martin Lowry는 양성자를 다른 화합물로 옮길 수있는 모든 화합물이 산이라고 언급 한 Brønsted와 Lowry 이론을 도입했습니다 (Encyclopædia Britannica, 1998). 예를 들어 염산의 경우 :

염산 → H ⁺ + CL ^-

Brønsted와 Lowry의 이론은 특정 물질의 산성 거동을 설명하지 않았습니다. 1923 년 미국의 화학자 Gilbert N. Lewis는 그의 이론을 소개했습니다. 산은 화학 반응에서 다른 분자에서 공유되지 않는 한 쌍의 전자를 결합 할 수있는 화합물로 간주됩니다 (Encyclopædia Britannica, 1998). .

이러한 방식으로 Cu ²⁺ , Fe ²⁺ 및 Fe ³⁺ 와 같은 이온 은 자유 전자 쌍에 결합 할 수 있습니다. 예를 들어 물에서 다음과 같은 방식으로 양성자를 생성 할 수 있습니다.

Cu ²⁺ + 2H ₂ O → Cu (OH) ₂ + 2H ⁺

-전자 밀도가 낮은 수소가 있습니다.

메탄 분자 인 CH _4의 경우 수소가 전자적으로 부족하지 않습니다. 이는 탄소와 수소의 전기 음성도 차이가 매우 작기 때문입니다. 당신이 불소 중 하나를 사용하여 H 원자 중 하나를 교체 할 경우에, 다음이 할 수 H : 쌍극자 모멘트 눈에 띄는 변화 ₂ FC- H .

H 는 전자 구름이 F에 결합 된 인접한 원자쪽으로 변위를 경험하는데, 이는 δ +가 증가합니다. 다시 말하지만, 다른 H가 다른 F로 대체되면 분자는 HF ₂ C- H가 됩니다.

이제 δ +는 더 큽니다. 왜냐하면 두 개의 F 원자, C를 제거하는 전기 음성 전자 밀도가 높고 결과적으로 H 를 제거하기 때문 입니다. F : 교체 프로세스는 최종적으로 얻어진 계속하면 ₃ C- H를 .

이 마지막 분자에서 H 는 세 개의 인접한 F 원자의 결과로 현저한 전자적 결함을 나타냅니다. 이 δ +는 전자가 충분히 풍부하여이 H 를 제거 하고 F ₃ CH가 음전하 를 띌만큼 충분한 종에 대해 눈에 띄지 않습니다 .

F ₃ C- H + : N ^- (마이너스 종) => F ₃ C : ^- + H N

위의 화학 방정식은 다음과 같이 고려할 수도 있습니다. F ₃ CH는 양성자 (H ⁺ , 분자에서 분리 된 H )를 다음과 같이 제공합니다. N; 또는, F ₍₃₎ CH는 행 전자쌍 얻는다 H 다른 쌍에서 후자에 기부된다 : N을 ^- .

-강도 또는 산도 상수

용액에 얼마나 많은 F ₃ C : ^- 존재합니까? 아니면 몇 개의 F ₃ CH 분자가 산성 수소를 N에 기부 할 수 있습니까? 이러한 질문에 답하려면 F ₃ C : ^- 또는 H N 의 농도를 결정하고 수학 방정식을 사용하여 산도 상수 Ka라는 숫자 값을 설정해야합니다.

F ₃ C : ^- 또는 HN 분자가 더 많이 생성 될수록 F ₃ CH는 더 산성 이고 Ka는 더 커집니다. 이러한 방식으로 Ka는 어떤 화합물이 다른 화합물보다 더 산성인지를 정량적으로 명확히하는 데 도움이됩니다. 그리고 마찬가지로, 그것은 Ka가 매우 작은 순서 인 산으로 버린다.

일부 Ka는 약 10 ^-1 및 10 ^-5 정도의 값을 가질 수 있고 다른 일부는 ^10-15 및 10 ^-35 와 같이 더 작은 값을 가질 수 있습니다 . 그런 다음 산도 상수를 갖는 후자는 극도로 약한 산이며 그 자체로 버릴 수 있다고 말할 수 있습니다.

그렇다면 다음 중 가장 높은 Ka를 갖는 분자는 무엇입니까? CH ₄ , CH ₃ F, CH ₂ F ₂ 또는 CHF ₃ ? 대답은 수소에 전자 밀도 δ +가 부족하다는 것입니다.

측정

그러나 Ka 측정을 표준화하는 기준은 무엇입니까? 그 값은 H ^+를 받는 종에 따라 크게 달라질 수 있습니다 . 예를 들어, 다음과 같은 경우 : N이 강한 염기이면 Ka는 커집니다. 그러나 반대로 매우 약한 기반이라면 Ka는 작을 것입니다.

Ka 측정은 모든 염기 (및 산) 중 가장 일반적이고 가장 약한 물을 사용하여 이루어집니다. H ₂ O 분자에 대한 H ⁺ 기증 정도에 따라 25ºC 및 1 기압에서 모든 화합물의 산도 상수를 결정하기위한 표준 조건이 설정됩니다.

이로부터 무기 및 유기 화합물의 산도 상수 표 레퍼토리가 생성됩니다.

-매우 안정된 공액 염기를 가지고 있습니다.

산은 주변 수소로부터 전자 밀도를 끌어 당기는 화학 구조에 전기 음성도가 높은 원자 또는 단위 (방향족 고리)를 가지고있어 부분적으로 양성이되고 염기에 반응하게됩니다.

양성자가 기증하면 산은 접합체 염기로 변환됩니다. 즉, H ⁺ 를 받아들이 거나 한 쌍의 전자를 기증 할 수있는 음성 종 입니다. CF의 예에서, ₃ H 분자와 의 공액 염기이다 CF ₃ ^- :

CF ₃ ^- + HN <=> CHF ₃ + : N ^-

CF 경우 ₃ ^- 매우 안정적인 짝염기는 평형이 오른쪽보다 왼쪽으로 더 이동 될 것입니다. 또한 더 안정할수록 산의 반응성과 산성이 높아집니다.

얼마나 안정적인지 어떻게 알 수 있습니까? 그것은 모두 그들이 새로운 음전하를 어떻게 처리하는지에 달려 있습니다. 그들이 증가하는 전자 밀도를 효율적으로 분산 시키거나 확산시킬 수 있다면,베이스 H와 결합하는 데 사용할 수 없습니다.

-그들은 양전하를 가질 수 있습니다

모든 산에 전자가 부족한 수소가있는 것은 아니지만, 양전하 유무에 관계없이 전자를 수용 할 수있는 다른 원자를 가질 수도 있습니다.

방법이있다? 예를 들어, 삼 불화 붕소 BF ₃ 에서 B 원자는 옥텟의 원자가가 없기 때문에 전자쌍을 제공하는 모든 원자와 결합을 형성 할 수 있습니다. 음이온 F 경우 ^- 그 근방에 라운드는 다음의 화학 반응이 발생한다 :

BF ₃ + F ^- => BF ₄ ^-

반면에 Al ³⁺ , Zn ²⁺ , Na ⁺ 등과 같은 자유 금속 양이온 은 환경에서 전자가 풍부한 종의 dative (배위) 결합을 받아 들일 수 있기 때문에 산으로 간주됩니다. 마찬가지로, 그들은 OH와 반응 ^- 이온을 금속 수산화물 침전물 :

아연 ²⁺ (수성) + 2OH ^- (수성) => 아연 (OH) ₂ (S)

이들 모두는 루이스 산으로 알려져 있으며 양성자를 기증하는 것은 브론 스 테드 산입니다.

-그들의 용액은 7보다 낮은 pH 값을 가지고 있습니다.

그림 : pH 규모.

보다 구체적으로, 산 (상당히 중화되지 않음)에 용해 될 때 산은 pH가 3보다 낮은 용액을 생성하지만 7 미만은 매우 약한 산으로 간주됩니다.

이는 페놀프탈레인, 범용 지표 또는 자색 양배추 주스와 같은 산 염기 지표를 사용하여 확인할 수 있습니다. 낮은 pH로 표시되는 색으로 변하는 화합물은 산으로 취급됩니다. 이것은 그 존재를 확인하는 가장 간단한 테스트 중 하나입니다.

예를 들어, 세계 여러 지역의 다양한 토양 샘플에 대해 동일한 작업을 수행 할 수 있으므로 pH 값을 다른 변수와 함께 결정하여 특성을 지정할 수 있습니다.

그리고 마지막으로 모든 산은 혀의 조직을 돌이킬 수 없을 정도로 태울 정도로 농축되지 않는 한 신맛이 있습니다.

-기지 중화 능력

Arrhenius는 그의 이론에서 양성자를 생성 할 수있는 산이 염기의 하이드 록 실과 반응하여 다음과 같은 방식으로 소금과 물을 형성한다고 제안합니다.

HCl + NaOH → NaCl + H ₂ O.

이 반응을 중화라고하며 적정이라고하는 분석 기술의 기초가됩니다 (Bruce Mahan, 1990).

강산과 약산

산은 강산과 약산으로 분류됩니다. 산의 강도는 평형 상수와 관련이 있으므로 산의 경우 이러한 상수를 산 상수 Ka라고합니다.

따라서 강산은 산 상수가 커서 완전히 해리되는 경향이 있습니다. 이러한 산의 예로는 황산, 염산 및 질산이 있으며, 산 상수가 너무 커서 물에서 측정 할 수 없습니다.

반면에 약산은 해리 상수가 낮아 화학적 평형 상태에있는 것입니다. 이러한 산의 예로는 산도 상수가 10 ^-4 정도 인 아세트산과 젖산 및 아질산이 있습니다. 그림 1은 다른 산에 대한 다른 산도 상수를 보여줍니다.

그림 1 : 산 해리 상수.

산의 예

할로겐화 수소

모든 할로겐화 수소는 특히 물에 용해 될 때 산성 화합물입니다.

-HF (불화 수소산).

-HCl (염산).

-HBr (브롬화 수소산).

-HI (요오드 산).

옥소 산

옥소 산은 양성자 화 된 형태의 옥소 음이온입니다.

HNO ₃ (질산).

H ₂ SO ₄ (황산).

H ₃ PO ₄ (인산).

HClO ₄ (과염소산).

슈퍼 산

슈퍼 산은 강한 브론 스 테드 산과 강한 루이스 산의 혼합물입니다. 일단 혼합되면 특정 연구에 따르면 H ^+가 그 안에서 "점프" 하는 복잡한 구조를 형성 합니다.

그들의 부식 력은 농축 된 H ₂ SO ₄ 보다 수십억 배 더 강합니다 . 그들은 원유에 존재하는 큰 분자를 더 작은 분 지형 분자로 분해하는 데 사용되며 경제적 가치가 높습니다.

-BF ₃ / HF

-SbF ₅ / HF

-SbF ₅ / HSO ₃ F

-CF ₃ SO ₃ H

유기산

유기산은 하나 이상의 카르복실기 (COOH)를 갖는 특징이 있으며, 그중에는 다음이 있습니다.

-구연산 (많은 과일에 존재)

사과산 (녹색 사과에서 추출)

-초산 (시판 식초)

-부티르산 (산패 한 버터에서 추출)

-타르타르산 (와인)

-그리고 지방산의 가족.

참고 문헌

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