본문내용
1. 생활 속의 산-염기 분석
1.1. 실험명
실험명은 "생활 속의 산-염기 분석"이다.
1.2. 실험 목적
산-염기 중화반응을 이용해서 생활 속의 산과 염기의 농도를 알아보는 것이 실험의 목적이다."
1.3. 이론적 배경
1.3.1. Arrhenius 산-염기
아레니우스는 산(acid)을 "물에 녹아서 수소 이온(H+)을 내놓는 물질"로, 염기(base)를 "물에 녹아서 수산화 이온(OH-)을 내놓는 물질"로 정의하였다. 즉, 아레니우스 산은 수소 이온을 내놓아 수용액을 산성으로 만들고, 아레니우스 염기는 수산화 이온을 내놓아 수용액을 염기성으로 만든다. 대표적인 예로 염화수소(HCl)는 물에 녹아 수소 이온을 내놓는 산이고, 수산화나트륨(NaOH)은 물에 녹아 수산화 이온을 내놓는 염기이다. 아레니우스 이론은 유명하지만 일부 제한점을 가지고 있는데, 예를 들어 암모니아(NH3)와 같은 물질이 물에 녹아도 수산화 이온을 내놓지 않기 때문에 아레니우스 이론으로는 설명할 수 없다. 이러한 한계를 극복하기 위해 브뢴스테드-로우리와 루이스 이론이 등장하였다.
1.3.2. Brønsted-Lowry 산-염기
브뢴스테드-로우리의 산-염기 이론은 브뢴스테드(Brønsted)와 로우리(Lowry)가 각각 독립적으로 연구하여 발표한 산-염기 정의로, 주로 좁은 의미의 산과 염기를 정의할 때 쓰인다. 브뢴스테드-로우리의 산-염기 이론에 따르면 모든 산-염기 반응은 수소 이온(H+)을 주고받는 과정에서 일어나며, 수소 이온을 주는 분자를 산, 수소 이온을 받는 분자를 염기라고 정의한다.
이 이론은 용매의 특성과 관계없이 산과 염기를 정의할 수 있어 편리하다는 장점이 있다. 또한 반응식에서 특정 산에 대응하는 특정 염기가 존재하는데, 이를 짝산-짝염기(conjugate acid-base pairs)라고 한다. 예를 들어 아세트산(CH3COOH)이 물에 녹으면 CH3COOH는 수소 이온을 H2O에게 주고 CH3COO-가 되며, H2O는 수소 이온을 받아 H3O+가 된다. 따라서 CH3COOH는 산이고, CH3COO-는 그 짝염기이며, H2O는 염기이고 H3O+가 그 짝산이 된다.
이러한 특징으로 인해 어떤 물질은 반응에 따라 산 또는 염기로 모두 작용할 수 있는데, 이를 양쪽성 물질(amphoteric)이라고 한다. 대표적인 예가 물(H2O)이다. 물은 아세트산 용해 반응에서는 염기로, 암모니아 용해 반응에서는 산으로 작용한다. 탄산수소이온(HCO3-)도 양쪽성 물질의 예이다.
따라서 브뢴스테드-로우리의 산-염기 이론은 수소 이온의 전달 과정을 통해 산과 염기를 정의함으로써 아레니우스 이론의 한계를 극복하고, 용매의 특성과 관계없이 산-염기 반응을 설명할 수 있게 해준다는 데 그 의의가 있다.
1.3.3. Lewis 산-염기
루이스 산-염기 이론은 브뢴스테드-로우리의 산-염기 이론에서 설명할 수 없는 반응들을 설명하기 위해 제시된 이론이다.
루이스 산은 일반적으로 빈 오비탈을 가지고 있어서 루이스 염기에게서 전자쌍을 받을 수 있는 물질, 즉 전자쌍 받개(electron-pair acceptor)를 의미한다. 반면 루이스 염기는 결합에 참여하고 있지 않은 비공유 전자쌍을 가지고 있어, 이 전자쌍을 루이스 산에게 넘겨줄 수 있는 물질, 즉 전자쌍 주개(electron-pair donor)를 말한다. 이 경우 배위 결합(coordinate covalent bond)이 형성된다.
대표적인 루이스 산으로는 삼할로젠화 붕소 화합물이나 다른 몇 가지의 유기 붕...
