화2 산염기의 세기에 관하여

사실 거의 출제가 안되는 내용이긴합니다. 이제 중화라 못쓰는 중화 반응과 완충용액 내야하는데 이런걸 낼 공간이 어딨음.

근데 아예 안다루는건 아니고, 산염기의 기초가 되는 내용이라 배우긴해야하는데 제대로 알려주는 사람도 별로 없고 제대로 이해하는 사람도 별로 없어서 한번 써봄.

일단 화2 베이스가 있는 사람들에게 이 문제를 주면 쉽게 풀거임

HCN의 Ka는 2.1 x 10^-9이고

CH3COOH의 Ka는 1.8 x 10^-5이다.

둘 중 더 센 산은?

 Ka가 더 큰 산인 CH3COOH가 더 센 산이죠.

맞습니다. 모든 산염기의 세기 문제는 그렇게 풀면 되는거에요.

하나 더 예를 들어 봅시다.

HA + B- -> A- + HB 에서 HA A- HB B- 의 농도가 1M일 때 Q/K < 1 이다.

HA와 HB 중 더 센 산은?

약간 헷갈릴 수도 있지만 충분히 풀 수 있습니다. 이 때 Q = 1 이므로 K>1이겠네요.

그냥~ 단순히 K>1이니까 HA가 더 센 산이다! 라고 할 수도 있지만 그 이유를 생각해 보자는거죠. 

산의 세기란 결국 그 물질이 H+를 얼마나 잘 내어놓냐를 묻는 것입니다. 

위의 문제에서 HA가 HB보다 더 H+를 잘 내놓을 수 있다고 생각할 수 있습니다. 

만약 HB가 HA보다 H+를 더 잘 내어놓을 수 있으면 반응이 역반응으로 가겠죠. 

(또는 염기인 B-가 더 H+를 잘 받을 수 있다고 해석할 수도 있지만 일단 산을 다룹시다.)

저 아이들을 쪼개면

HA +H2O -> A- + H3O+    Ka1

HB + H2O -> B- + H3O+   Ka2

그럼 Ka1과 Ka2 중 뭐가 더 클까요?

HA가 HB보다 더 H+를 잘 내어놓으므로 HA가 더 센산이죠. 그럼 Ka1>Ka2겠네요.

산 끼리는 저렇게 다 비교할 수 있습니다.

근데 염기와 물, 산과 물, 산과 하이드로늄이온, 염기와 수산화이온 의 비교는 어떻게 하는게 좋을까요

이 문제는 K를 쓰는게 제일 좋습니다.

예를 들어 봅시다.

NH3 + H2O -> NH4+ + OH-    Kb = 1.8 x 10^-5

에서 H2O와 NH4+ 중 더 센 산은?

OH-와 NH3 중 더 센 염기는?

HCl + H2O -> Cl- + H3O+    Ka>>1

에서 HCl과 H3O+ 중 더 센 산은?

슬슬 머리가 아플 것입니다. 

암모니아를 봅시다. 

Kb가 1보다 작아요. 그럼 역반응으로 매우 치우쳐질 것입니다. 

그럼 H2O가 H+를 내놓아서 NH4+ 를 생성하는 반응 보다는 NH4+ 가 H+를 내놓아서 H2O가 생성되게 하는 반응이 더 우세하다고 할 수 있습니다. 그러므로 NH4+가 더 센산이겠네요.

근데 여기서 문제가 발생합니다. 약간 오개념을 가지고 있는 학생들이 이제

NH4+의 Ka는 훨씬 더 작은데 H2O가 더 센 산 아니냐 

라고 할 수 있습니다. 

비교를 해봅시다. 암모니아의 반응에서 역반응은 NH4+ 와 OH-의 반응이고 

NH4+의 Ka에서 의미하는 것은 NH4+와 H2O의 반응입니다.

H2O와 OH-가 H+를 받아들이는 능력 자체가 다르기 때문에 그런식으로 비교하시면 안됩니다.

다시 돌아가서 그럼 Ka로 푸는 방법도 있냐? 라고 할수 있는데 있습니다.

NH4+의 Ka = 10^-14 / Kb 죠. 계산하기 귀찮지만 일단 적어도 10^-14 < Ka < 1 인 것은 알겠습니다.

여기서 절대적 진리.

H2O의 Ka 와 Kb는 10^-14입니다.

그럼 여기서 또 오개념을 가진 학생이 말합니다.

아니 Ka랑 Kb의 곱은 항상 10^-14아니냐. 저 둘을 곱하면 10^-28이잖아.

그건 "산과 짝염기", "염기와 짝산"의 경우에만 성립합니다.

H2O의 짝염기가 H2O인가요? 아니죠.

H2O의 짝산이 H2O인가요? 아니죠.

H2O의 짝염기는 OH-고 OH-의 Kb=1입니다.

H2O의 짝산은 H3O+이고 H3O+의 Ka=1입니다.

이걸 활용하면 모든 산염기의 세기를 풀 수 있습니다.

NH4+ 의 Ka는 결국 10^-14보다는 크고 1보다 작기 때문에

H2O보다 강한 산이고 H3O+보다 약한 산입니다.

NH3 의 Kb는 10^-14보다 크고 1보다 작기 때문에

H2O보다 강한 염기이고 OH-보다 약한 염기입니다.

HCl 문제를 봅시다. 

HCl이 센 산일까요 H3O+가 센 산일까요

HCl의 Ka>>1이고 H3O+의 Ka=1입니다.

따라서 HCl은 H3O+보다 센 산이네요.

이런 산들을 우리는 강산이라고 부르는 겁니다.

이를 통해서 모든 산, 염기의 세기를 H2O와 비교할 수 있습니다.

좀 극단적이긴한데 하나 예를 들어봅시다.

CH4는 CH3- 와 H+로 해리될 수 있습니다.

이 반응의 Ka = 10^-50입니다.

그럼 CH4는 H2O와 비교했을 때 무엇이 더 센 산일까요?

당연히 H2O입니다.

이해안되는 점 있으면 말씀해주세요

샤아크