산과 염기를 중화하는 방법

산-염기 이론

화학에서 산과 염기의 개념은 과학 발전 과정에서 끊임없이 업데이트됩니다. 19세기 말 오스트발트(Ostwald)의 영향으로 전해질 해리 이론에 기초하여 화학계에서는 수소 이온이 산성의 구체화이고 산의 강도는 농도에 비례한다는 개념을 형성했습니다. 수산화물 이온은 알칼리성입니다. 알칼리의 구체화는 강도와 농도에 비례합니다. 따라서 산-염기 중화는 수소 이온과 수산화물 이온이 상호 작용하여 물을 생성하는 반응입니다. 당시 이 개념은 다양한 산과 염기의 중화열을 측정함으로써 사실임이 입증되었습니다.

동시에 사람들은 불순물이 제거된 순수한 물이 전기 전도도가 약하다는 것을 실험을 통해 발견했습니다. 따라서 물 속에는 유리수소이온과 수산화물이온이 존재하며, 당시 사람들은 물속의 이온농도곱을 10-14로 측정하였다. 당시에는 일반적으로 물의 해리는 다음 방정식으로 표현될 수 있다고 믿었습니다. 2H2O=H3O OH-

생성물은 수산화물 이온입니다.

동시에 순수한 물의 전도도를 25°C에서 측정한 결과 H와 OH- 입자의 농도가 모두 10-7mol/L인 것으로 나타났습니다. 1909년에 코펜하겐의 화학자 Sørensen은 수소 이온 농도를 표현하기 위해 pH의 음의 로그를 사용할 것을 제안했습니다.

비록 전해질 해리 이론의 원리에 따르면 산과 염기의 개념이 명확해진 것 같지만, 20세기 초에 새로운 실험적 사실이 많이 발견되면서 산과 염기의 정확한 정의에 대한 의문이 다시 제기되었습니다. 당시 많은 새로운 발견 중 가장 대표적인 사실은 염산의 전기량 적정에 아세트산나트륨을 사용했을 때 얻어지는 적정 곡선이 염산을 염기로 적정할 때 얻어지는 곡선과 상당히 유사하다는 점이었습니다.

1908년 초 영국 맨체스터의 과학자 랩스(Laps)는 알코올 용액의 에스테르화에 대한 물의 영향 측정을 기반으로 산이 수소 이온 공여체(즉, 양성자 공여체)라는 것을 제안했습니다. 염기는 수소 이온의 수용체입니다. 1923년 영국 케임브리지 대학의 로우리(Lowry) 교수, 덴마크 브론스테드(Bronsted), 덴마크 비요른룸(Bjornrum) 교수는 이러한 개념을 동시에 독립적으로 확장했습니다. 세 가지 중에서 브론스테드는 산-염기 이론을 가장 완벽하게 발전시켰습니다. Brooke의 이론에 따르면, 산은 양성자를 제공할 수 있는 다양한 분자 또는 이온(즉, 양성자 제공 수용체)이어야 합니다.

Bronsted의 관점에 따르면, 암모늄 이온은 양성자를 제공하여 NH3를 생성할 수 있기 때문에 산으로 간주되어야 하며, 따라서 암모니아는 양성자를 수용할 수 있기 때문에 염기입니다. 더 나아가 산의 음이온은 염기로 간주될 수 있습니다. 그러므로 산에 의해 형성된 염은 알칼리성이어야 한다. Bronsted의 이론은 수소 자유 라디칼(또는 이온)이 양성자 기증자 역할을 하는 데 필요한 조건을 추가로 입증했습니다.

또한 1923년에 루이스는 보다 일반적인 산-염기 이론을 제안했고, 1928년에 이를 더욱 발전시켰습니다. 여기서 루이스는 원자가의 전자 이론을 그의 새로운 이론의 기초로 삼았습니다. 따라서 그는 염기는 고독한 전자쌍을 포함하는 모든 분자이고, 산은 그러한 고독한 전자쌍과 결합할 수 있는 염기 또는 분자라고 믿었습니다. 루이스의 산-염기 이론은 O, SO3, H, NH4 등이 모두 산이고 CN-, OH- 등이 모두 염기라고 주장합니다. 루이스의 이론은 수소 이온을 포함하지 않는 용액을 적정할 때 지시약의 색이 변하는 이유와 같은 많은 문제를 설명할 수 있습니다.

루이스와 다른 사람들 이후, 소련의 화학자 우사노비치(Usanovich)는 1939년에 새로운 산-염기 반응을 제안했습니다. 양성자가 없는 대부분의 물질은 산이나 염기로 간주될 수 있습니다. 실제로 Usanovich의 이론은 Bronsted의 이론을 크게 확장하여 모든 것을 포괄하게 만들었습니다. 그는 양이온이나 음이온 또는 전자 수용체는 모두 산이며, 양이온이나 음이온을 받아들일 수 있는 물질은 염기라고 믿었습니다. 이런 식으로 그는 염의 생성 반응은 물론 산화환원 반응까지 산염기 반응 과정으로 간주했다. 그러므로 산-염기 자체의 개념은 점점 더 불분명해진다.

브뢴스테드든 루이스든 우사노비치든 그들의 이론은 각각 장단점이 있고, 산과 염기의 개념과 이론은 더욱 개선되어야 한다.