중화 반응

위키백과, 우리 모두의 백과사전.
이동: 둘러보기, 검색
염기
산·염기 반응 이론
산화·환원 전기화학
중화 반응 이온화 상수(Kd)
수소 이온 농도 (pH)
산·염기 지시약 완충 용액
여러가지 산
유기산 무기산

중화 반응아레니우스의 산-염기 개념(수용액의 H+ - OH-)을 적용했을 경우의 반응이다. 보다 넓게 브뢴스테르-로우리 산-염기 개념이나 루이스 산-염기 개념을 적용하면 수용액뿐만 아니라 보다 넓은 범위(유기물질의 반응)에서 산화-환원반응으로 설명을 할 수 있다. 따라서 중화반응은 산화-환원반응의 일종이라고 볼 수 있다. 하지만 이라는 부산물이 형성되는 특징 때문에 따로 분리되기도 한다. 중화열이 방출되기 때문에 중화 반응이 일어나면 온도가 올라간다.

예를 들어, 염산(HCl)과 수산화나트륨(NaOH)이 수용액이 반응하는 경우,

HCl + NaOH -> H2O + Na+ + Cl-

중화 반응의 알짜 이온 반응식은 항상 아래와 같다.

H+(aq) + OH-(aq) -> H2O (l)

하지만 현재 위의 반응으로 설명할 수 없는 기체끼리의 반응도 있다.

NH3 + HCl -> NH4Cl

암모니아는 물에 용해되어 NH4OH 의 물질로 되는데 이러면 해리 반응이 일어나서 NH4+OH- 로 해리 되는데 기체상태에서는 그 반응을 설명할 수 없다. 그러나 물에 해리돼 있을 때나 아닐 때나 반응열은 같아야 된다. 그리고 아직까지 암모니아 가 물에 용해되어 암모니아수 가 된다는 증거는 없으므로 다른 이론이 생기면 설명할 수도 있다.

pH(수소이온농도)[편집]

중화 반응의 의미는 반드시 pH7을 의미하는 것은 아닙니다.[1] 강산 및 강염기가 중화반응을 하는 경우, pH7이 될 것입니다. 예를 들어, 강산, 염산(HCl), 및 강염기의 수산화나트륨(NaOH)이 반응하면 물과 염화나트륨 (NaCl)이 나올 것입니다. NaCl:

HCl + NaOH → H₂O + NaCl 에서 H₃O+ 나 OH- 에 농도 변화가 없기 때문에 최종 pH는 7입니다.

만약 약산과 강염기가 반응하는 경우 pH는 7보다 커야 한다. 예를 들어 약산, 아세트산, 그리고 강염기, 수산화나트륨이 반응하면 물, 나트륨(Na+), 아세트산, CH₃COO-가 나올 것입니다. CH₃COOH:

CH₃COOH + NaOH → Na+ + H₂O + CH₃COO- Na+는 다른 이온과 반응하지 않는 이온입니다. 그러나 아세트산은 물을 기수 분해해서 수산화 이온(OH-)을 만드는 약 염기입니다.

CH₃COO- + H₂O ⇌ CH₃COOH + OH- 따라서, 생성된 용액은 염기성 입니다.

만약 약염기와 강산이 중화반응을 하는 경우, pH는 7 미만이 될 것입니다. 예를 들어 약염기, CN-와 강산, 염산이 반응하면 Cl-와 시안화 수소산이 나오게 됩니다. HCN:

CN- + HCl → Cl- + HCN Cl-는 다른 이온과 반응하지 않는 이온입니다. 그러나, 시안화 산은 물을 기수 분해해서 H₃0+ 이온을 나오게 하는 약산입니다.

HCN + H₂O ⇌ CN- + H₃O+ 따라서, 생성된 용액은 산성 입니다.

마지막으로, 약산과 약염기가 중화 반응을 하는 경우,산과 염기의 농도에 따라 달라집니다. 예를 들어, 약염기, CN-와 약산, 아세트산 이 반응하는 경우, HCN과 CH₃COO-가 나오게 됩니다. 왜냐하면 CH₃COOH(pKa=4.75)가 HCN(pKa=9.2)보다 강한 산이기 때문입니다. 그리고 약산과 약염기의 초기 농도를 가정하면 pH는 7보다 오른쪽 가게 됩니다.

CN- + CH₃COOH ⇌ HCN + CH₃COO- 아세트 이온은 물과 반응해서 아세트산과 수산화 이온(OH-)가 나오게 됩니다.

CH₃COO- + H₂O ⇌ CH₃COOH + OH- 지금의 경우에서는, 생성된 용액은 염기성 입니다. 그러나 이것은 모든 약산과 약염기의 중화반응에서 일반적인 것이 아닙니다.

중화적정[편집]

이미 알고 있는 산 또는 염기의 수용액을 사용하여 농도를 모르는 염기 또는 산 수용액의 농도를 알아내는 실험적 방법을 의미한다. 중화 적정에 쓰이는 용어는 다음과 같다.

1. 중화점 : 산-염기가 완전히 중화되는 지점

2. 당량점 : 산의 H+ 몰수와 염기의 OH- 몰수가 같아지는 지점

3. 표준용액(standard point) : 산-염기 중화 적정 실험에서 농도를 이미 알고 있는 용액으로 농도를 모르는 용액의 농도를 알아내기 위해 사용함.

4. 종말점 : 산-염기 중화 적젇 실험에서 실험자가 중화점이라고 판단하여 적정을 멈추는 지점[1]

중화적정곡선[편집]

산 염기 반응을 그래프로 나타낸 것. x축은 산 또는 염기의 양이되며 y축은 pH가 된다. 산-염기 중화적정에서 가해준 산 또는 염기의 부피에 따른 용액의 pH변화를 나타낸 곡선이다.

Oxalic acid titration grid.png

지시약[편집]

여기서는 산염기 지시약을 뜻하며, pH변화를 색깔 변화를 통해 용액의 산도를 판별하는 시약이다.

일상생활의 중화 반응.[편집]

생선의 비린내를 없애기 위해 레몬즙을 뿌려 준다. 생선 비린내의 주성분은 트리메틸아민이라는 염기성 물질이므로 산성인 레몬을 뿌려 중화시킨다. 벌에 쏘이거나 벌레에 물렸을 때 암모니아수를 바른다. 산성화된 호수나 토양에 석회 가루(주성분이 산화칼슘 또는 탄산칼슘)를 뿌려 중화시킨다. 위액이 지나치게 많이 분비되면 제산제(주성분이 수산화마그네슘, 탄산수소나트륨 등 염기성 물질)를 먹어 위산을 중화시킨다. 비누로 머리를 감아 머리카락이 뻣뻣할 때에는 식초를 몇 방울 떨어뜨린 물에 머리를 헹군다. 신 김치에 달걀 껍데기(주성분이 탄산칼슘)를 넣어 주면 덜 시다.

  1. 김봉래, (2012), part3 chapter3-2 산-염기 평형과 중화반응 p.114-115, 하이탑 고등학교 화학2, 두산동아