Chapter 4: Chemical Quantities and Aqueous Reactions

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4.12:

산, 염기, 중화반응

JoVE 核
化学

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Acids, Bases and Neutralization Reactions

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인간의 위는 음식의 소화를 돕는 염산을 포함한 위액이 들어 있는 근육기관입니다. 어떤 음식은 위장의 산도를 높여서 위산 역류를 일으킵니다. 알칼리성 식품 또는 제산제와 같은 염기를 섭취하면 과잉산을 중화시켜 타는 듯한 통증을 완화시켜 줍니다.이것은 산-염기 반응의 한 가지 예입니다. 가장 단순한 산은 분리 가능한 수소 원자를 포함하고 있는 물질입니다. 이런 물질은 수용액에서 해당 음이온과 함께 양전하를 띤 수소 이온 또는 양성자를 방출합니다.양성자는 물 분자와 반응하여 하이드로늄 이온을 생성합니다. 예를 들어, 질산 수용액에는 하이드로늄 이온과 질산 이온이 들어 있습니다. 일반적으로 알려진 다른 산에는 염산, 황산, 그리고 인산이 있습니다.산은 분자당 분리할 수 있는 수소 원자의 수에 따라 일양성자산 또는 다양성자산으로 됩니다. 각각 1개의 분리 가능한 수소를 가진 염산과 질산은 모두 일양성자산의 예이고, 황산과 인산은 다양성자산의 예입니다. 황산은 이양성자산으로 두 개의 양성자를 순차적으로 방출하는 반면 인산은 삼양성자산으로 양성자가 3단계로 순차적으로 분리됩니다.가장 간단한 염기는 수용액에서 음전하 수산화 이온을 생성하는 화합물입니다. 수산화 이온을 가져 쉽게 식별할 수 있는 염기에는 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화칼슘이 있습니다. 이러한 염기들은 물에 첨가되면 수산화 이온과 해당 금속 양이온으로 분리됩니다.암모니아와 같은 비수산화 염기들은 물과 반응하여 물 분자에서 양성자를 받아들여 암모늄 이온과 수산화이온을 생성합니다. 일반적으로 산과 염기가 반응하여 물과 염을 생성합니다. 산-염기 반응 중 산에서 공급되는 양성자의 몰 수와 염기에서 공급되는 수산화 이온의 몰 수가 동일할 때 중화 반응이라고도 합니다.예를 들어, 동일한 양의 질산 수용액과 수산화칼륨 수용액이 혼합된 경우 용액에 공급되는 하이드로늄 이온과 수산화이온의 양도 동일합니다. 따라서 하이드로늄 이온과 수산화이온은 서로 결합하여 물을 형성함으로써 완전히 중화되어 하이드로늄 이온이나 수산화이온이 남지 않게 됩니다. 또한 질산 음이온과 칼륨 양이온이 짝을 이뤄 염인 질산칼륨을 생성합니다.일부 특정 중화 반응은 기체 발생 반응입니다. 예를 들어, 염산과 아황산칼륨은 서로 반응하여 아황산-중아황산 평형계를 통해 염화칼륨과 물, 그리고 이산화황 가스를 생성합니다.

4.12:

산, 염기, 중화반응

산염 염기 반응은 수소 이온, H^+,다른 하나의 화학 종에서 전송되는 하나입니다. 이러한 반응은 세포 나 호수와 바다 내의 화학 적 변화에서 부터 비료, 제약 및 사회에 필수적인 기타 물질의 산업 규모의 생산에 이르기까지 수많은 자연 및 기술 공정에 중점을 두습니다.

산을 정의하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 수성 용액의 맥락에서 산은 수소 이온을 생산하기 위해 용해되는 물질입니다.

이것은 스웨덴 화학자 스반테 아레니우스 (1859-1927)의 이름을 따서 명명 된 산의 아레나이트누스 정의입니다. 기호 H^+로표현되는 수소 이온을 양성자라고 합니다. 용액에서 양성자는 화학적으로 산소에 고독한 쌍을 통해 물 분자와 결합하여 하이드로늄 이온, H₃O^+를형성합니다.

산의 이온화를 위한 화학 방정식은

이런 식으로 물과 완전히 반응하는 산은 강한 산이라고 합니다. HCl, HNO₃및 HBr은 몇 가지 예입니다.

일상 생활에서 발생하는 대부분의 산은 약한 산입니다. 과일의 구연산, 식초의 아세트산, 우유의 젖산은 몇 가지 예입니다. 약한 산의 친숙한 예는 아세트산, 식품 식초의 주요 성분입니다. 일반적인 조건하에서 물에 용해될 때, 아세트산 분자의 약 1%만이 이온화된 형태로 존재하며, CH₃_CO2^–.

위의 방정식에서 이중 화살표를 사용하면 이 프로세스의 부분 반응 측면을 나타냅니다.

베이스는 수산화 이온을 산출하기 위해 물에 용해 되는 물질입니다, OH^–. 가장 일반적인 기지는 알칼리 또는 알칼리 대지 금속 양이온(그룹 1 및 2)과 수산화이온(예를 들어, NaOH 및 Ca(OH)_2와결합된 이온 화합물이다. 이전에 논의된 산 화합물과달리, 이러한 화합물은 물과 화학적으로 반응하지 않습니다. 대신, 그들은 용해 및 해리, 용액에 직접 수산화 이온을 방출. 예를 들어, KOH와 Ba (OH)_2는 물에 용해되고 양이온 (K⁺ 및 Ba^{2 +}각각) 및 수산화 이온, OH⁻를 생성하기 위해 완전히 해리합니다. 이 기지는 물 에서 완전히 해리되는 다른 수산화물과 함께 강력한 기지로 간주됩니다.

수산화 나트륨이 물에 용해되는 것을 예로 들어 보십시오.

이 방정식은 수산화 나트륨이 기지임을 확인합니다. 물에 용해 될 때, NaOH는 Na⁺ 및 OH^– 이온을 산출하기 위해 해리합니다. 이것은 또한 수산화 이온을 포함하는 그밖 이온 화합물에 대해 사실입니다. 해리 공정은 이온 화합물이 일반적인 조건하에서 물에 용해될 때 본질적으로 완료되기 때문에 NaOH 및 기타 이온 수산화물은 모두 강한 기지로 분류됩니다.

이온 수산화물과 는 달리, 일부 화합물은 물 분자와 화학적으로 반응하여 용해 될 때 수산화 이온을 생성합니다. 모든 경우에, 이러한 화합물은 부분적으로만 반응하므로 약한 기지로 분류됩니다. 이러한 유형의 화합물은 자연이 풍부하며 다양한 기술에서 중요한 상품입니다. 예를 들어, 약한 염기 암모니아의 글로벌 생산은 일반적으로 농업 비료, 다른 화합물의 화학 합성을 위한 원료 및 가정용 세제의 활성 성분으로 널리 사용되기 때문에 매년 100미터톤 이상입니다. 물에 용해될 때 암모니아는 여기에 표시된 것처럼 수산화 이온을 산출하기 위해 부분적으로 반응합니다.

이것은, 정의에 의하면, 암모니아 분자에 물 분자에서 H⁺ 이온의 전송을 포함하는 산 염기 반응이다. 일반적인 조건하에서, 용존암의 약 1%만이 NH₄₊ 이온으로 존재한다.

중화 반응은 반응제가 산과 염기(물는 아님)이고, 제품이 종종 소금과 물인 산염-염기 반응의 특정 유형입니다.

중화 반응을 설명하기 위해, 마그네슘 우유와 같은 전형적인 제산제 (고체 Mg (OH)의수성 현탁액이 과잉 위산 (HCl)과 관련된 증상을 완화하기 위해 섭취 될 때 어떤 일이 일어나는지 고려하십시오.

물 외에도 이 반응은 염염마그네슘을 생성합니다. H +(aq)는산으로부터(강하거나 약한)으로부터^OH-(aq)와 결합하여 염기로부터(또는 약한 기저의 반응에 의해 물과 함께 생산)하여_H2O(l)를형성한다. 예를 들어, HCl(강한 산)과 NaOH(강한 염기)의 수성 용액 간의 반응은 다음과 같이 기록됩니다.