화학 변화 산의 정의와 종류, 산성이 나타나는 까닭

 

화학 변화 산의 정의와 종류, 산성이 나타나는 까닭, 강산 약산 산의 세기 확인 

 

기본 개념 정리

산 : 물에 녹아 수소(H+)을 내놓은 물질 ● 산의 종류 : 염산(HCl), 황산(H2S04), 질산(HNO3), 아세트산(CH3COOH)등 산성 : 수소 이온(H+) 때문에 나타남 ● 신맛   ● 푸른색 리트머스 종이를 붉게 변화 시킴  ● 수용액에서 전기 전도성  ● 마그네슘과 같은 금속과 반응하여 수소 기체를 발생 ● 탄산 칼슘과 반응하여 탄소 기체를 발생 산의 세기 ● 강산 : 수용액에서 대부분 이온화하는 산  예) 염산, 황산, 질산 등 ● 약산 : 수용액에서 거의 이온화하지 않는 산 예) 아세트산, 탄산, 붕산 등 ● 강산은 약산보다 금속과 반응할 때 기체 발생 속도가 더 빠르고, 전류의 세기도 더 큼

 

산(acid)

(1) 산 

산(acid)은 물에 녹아 수소 이온(H+)을 내놓은 물질입니다.

(2) 산의 종류

산에는 염산(HCl), 황산(H2S04), 질산(HNO3), 아세트산(CH3COOH), 탄산(H2CO3), 인산(H3PO4)등

① 염산

• 염화 수소 기체를 물에 녹인 것으로, 자극적인 냄새가 납니다.
• 염화수소가 암모니아수와 반응하면 흰색의 염화 암모늄(NH4Cl)이 생성됩니다.

                                    HCl + NH3 → NH4Cl

② 황산 

• 진한 황산은 무색무취의 액체로, 수분을 흡수하는 성질이 강하여 건조제나 탈수제로 사용
• 진한 황산은 수분이 거의 없어 수소 이온을 거의 내놓지 못하므로 산성을 나타내지 않습니다.
• 묽은 황산은 진한 황산을 물에 묽힌 것으로 물에 녹아 수소 이온을 내놓으므로 산입니다.

 

③ 질산

• 무색으로 자극적인 냄새가 나며, 햇빛에 의해 쉽게 분해되므로 갈색 병에 보관

 

④ 아세트산

• 자극적인 냄새가 나며, 식초에는 아세트산이 3~6% 정도 포함

※ 아레니우스 산

아레니우스는 산을 위와 같이 정의하였고, 그의 이름을 따서 아레니우스 산이라고 하였습니다. 산은 아레니우스 산과 같은 정의 이외에도 양성자, 전자를 이용하여 정의할 수 있습니다.

 

 

산성

(1) 산성

산이 나타내는 공통적인 성질을 산성이라고 합니다.

① 신맛 : 사과나 레몬, 식초는 신맛이 나는데 이들 물질에는 모두 산이 들어 있기 때문입니다.

 

② 리트머스 종이의 변화 : 산은 푸른색 리트머스 종이를 붉게 변화시킵니다.

 

③ 전기 전도성 : 수용액에서 양이온과 음이온으로 나누어지는 것을 이온화라고 하는데, 산은 수용액에서 양이온인 수소 이온(H+)과 음이온으로 이온화합니다.

따라서 수용액에 전하를 운반하는 이온이 존재하므로 전류가 흐릅니다.

 

예를 들어 염화수소(HCl)를 물에 녹이면 수소 이온(H+)과 염화 이온(Cl-)으로 이온화합니다.

이때 수용액에 전압을 걸어주면 수소 이온은 (-) 극 쪽으로, 염화 이온은(+) 극 쪽으로 이동하면서 전하를 운반하기 때문에 전류가 흐릅니다.

 

④ 금속과의 반응 : 산은 대부분의 금속과 반응하여 수소 기체를 발생합니다. 마그네슘(Mg), 아연(Zn)과 같이 수소보다 양이온이 되기 쉬운 금속을 산 수용액에 넣으면 산화 환원 반응이 일어나 수소 이온이 전자를 얻어 환원되므로 수소 기체가 발생하게 됩니다.

Mg(s)  +  HCl(aq)  →   MgCl(aq)  +  H2(g) ↑

⑤ 탄산칼슘과의 반응 : 산은 석회석, 대리석, 조개껍데기, 달걀 껍데기 등의 주성분인 탄산칼슘(CaCO3)과 반응하여 이산화 탄소 기체를 발생시킵니다.

CaCO3(s)  +  HCl(aq)  → CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g) ↑

(2) 산성이 나타나는 까닭

 산은 수용액 상태에서 다음과 같이 이온화하여 수소 이온을 내놓습니다.

 

 

산의 이온화

 

산은 수용액 상태에서 공통적으로 수소 이온을 내놓으므로 수소 이온이 산성을 나타내는 것입니다.

이를 산의 공통성이라 합니다.

산성을 나타내는 물질의 확인 질산 칼륨(KNO3) 수용액에 적신 푸른색 리트머스 종이를 유리판 위에 올려놓은 후리트머스 종이 가운데에 묽은 염산(HCl)에 적신 실을 올려놓고 전류를 흘려주면 푸른색 리트머스 종이가 (-)극 쪽으로 붉게 변합니다. ① 푸른색 리트머스 종이가(-)극 쪽으로 붉게 변하는 까닭은 산성을 나타내는 이온이 (-)극쪽으로 이동하는 양이온이기 때문입니다. ② 묽은 염산 외에 다른 산도 같은 결과가 나타납니다. ③ 산은 이온와하여 공통적으로 수소 이온을 내놓으므로 (-)극 쪽으로 이동하는 양이온은 수소이온입니다.  산성을 나타내는 물질은 수소 이온입니다.

※ 질산칼륨 수용액의 역할

리트머스 종이를 질산 칼륨 수용액에 적시는 까닭은 이온들이 잘 이동할 수 있도록 하기 위함입니다.

 

 

산의 세기

(1) 산의 세기

산은 수용액에서 이온화하는 정도에 따라 강산과 약산으로 구분됩니다.

수용액에서 대부분 이온화하여 상대적으로 수소 이온을 많이 내놓는 산을 강산, 거의 이온화하지 않아 상대적으로 수소 이온을 적게 내놓은 산을 약산이라고 합니다.

예) 강산 : 염산(HCl), 황산(H2S04), 질산(HNO3) 등

     약산 :  아세트산(CH3COOH), 탄산(H2CO3), 인산(H3PO4) 등

 

※ 약산

 탄산(H2CO3) 1개가 이온화하여 수소 이온(H+)을 2개 내놓을 수 있다고 해서 탄산을 강산이라고 하지 않습니다. 탄산을 물에 녹였을 때 이온화하는 분자가 매우 적어 내놓는 수소 이온의 수가 적으므로 탄산은 약산이 됩니다.

 

(2) 산의 세기 확인

강산과 약산은 금속과의 반응, 전류의 세기로 구별할 수 있습니다.

① 금속과의 반응 : 산은 대부분의 금속과 반응하여 수소 기체를 발생시킵니다.

 금속과의 반응에서 같은 농도일 때 강산이 약산보다 기체 발생 속도가 더 빠릅니다.

② 전류의 세기 : 강산은 약산보다 이온화 정도가 크므로 전하를 운반할 수 있는 이온수가 더 많습니다. 따라서 같은 농도일 때 강산의 전류의 세기가 약산의 전류의 세기보다 더 큽니다.

 

산의 세기 비교하기 1) 금속와의 반응 같은 농도의 묽은 염산과 아세트산 수용액에 마그네슘 조각을 각각 넣고 변화를 비교합니다. =>묽은 염산에서 수소 기체가 더 빨리 발생하여 풍선이 더 빨리 부풀었으므로 묽은 염산이 아세트산 수용액보다 강산이 됩니다. 2) 전류의 세기 같은 농도의 묽은 염산과 아세트산 수용액에 전구가 연결된 전극을 담근 후 밝기를 비교해 봅니다. => 묽은 염산에서 전구의 밝기가 더 밝은 것은 전하를 이동하는 이온이 더 많다는 것이므로 묽은 염산이 아세트산 수용액보다 강산이 됩니다.