산성의

산과 염기
산성의 산염기 반응 산염기 항상성 산강도 산도 함수 양성애 기초 버퍼 솔루션 해리 상수 평형화학 추출. 해밋 산도 함수 pH 양성자 친화력 물의 자가 이온화 적정 루이스산 촉매 작용 실망한 루이스 쌍 키랄 루이스산
산 타입
브뢴스테드-라우리 루이스 수용자 광물 유기농 산화물 강한. 초산류 약한 단단한
베이스 타입
브뢴스테드-라우리 루이스 기증자 유기농 산화물 강한. 슈퍼파아제 비핵호성 약한
v t

산은 양성자(즉, 수소 이온, H⁺)를 기증할 수 있는 분자 또는 이온으로, 브뢴스테드(Brönsted)로 알려져 있다.로우리산 또는 루이스산으로 ^[1]알려진 전자 쌍과 공유 결합을 형성합니다.

산의 첫 번째 범주는 양성자 공여체, 즉 Brönsted-이다.저지산.수용액의 특별한 경우, 양성자 공여자는 하이드로늄 이온₃⁺ HO를 형성하고 아레니우스산으로 알려져 있다.Brönsted와 Lowry는 비수성 용제를 포함하도록 Arrenius 이론을 일반화했다.Brönsted 또는 Arrhenius 산은 일반적으로 H 손실 후에도 여전히 에너지적으로⁺ 유리한 화학 구조에 결합된 수소 원자를 포함한다.

수성 아레니우스산은 ^[2]산을 실질적으로 묘사하는 특성을 가지고 있다.산은 신맛의 수용액을 형성하고, 파란색 리트무스를 빨간색으로 바꿀 수 있으며, 염기와 특정 금속과 반응하여 소금을 형성합니다.acid라는 단어는 '우리 것'^[3]을 뜻하는 라틴어 acidus/ac,re에서 유래했다.산의 수용액은 pH가 8보다 작으며, 구어체로 "산"이라고도 하지만("산에 용해"에서와 같이) 엄격한 정의는 ^[1]용질만을 지칭한다.pH가 낮을수록 산도가 높아져 용액 중 양의 수소이온 농도가 높아진다.산의 성질을 가진 약품 또는 물질을 산성이라고 한다.

일반적인 수용산에는 염산(위의 위산에서 발견되어 소화 효소를 활성화시키는 염화수소 용액), 아세트산(식초는 이 액체의 희석 수용액), 황산(자동차 배터리에 사용), 구연산(감귤류 열매에 사용됨) 등이 있습니다.이러한 예에서 알 수 있듯이, 산은 용액 또는 순수한 물질일 수 있으며, 엄격한 의미에서^[1] 산(고형물, 액체 또는 기체)에서 파생될 수 있습니다.강한 산과 일부 농축된 약한 산은 부식성이 있지만, 카르보란과 붕산과 같은 예외는 있습니다.

산의 두 번째 범주는 전자 쌍과 공유 결합을 형성하는 루이스산입니다.예를 들어 삼불화붕소(BF)는₃ 붕소 원자가 예를 들어 암모니아(NH₃) 내의 질소 원자 중 원자 위에 외톨이 전자쌍을 공유함으로써 공유 결합을 형성할 수 있는 빈 오비탈을 가지고 있는 붕소 원자가 있다.Lewis는 이것을 Brönsted 정의의 일반화로 간주했다. 따라서 산은 직접 또는 용액에 양성자(H⁺)를 방출하여 전자 쌍을 수용하는 화학 종이다.염화수소, 아세트산 및 기타 대부분의 Brönsted-그러나 로우리산은 전자쌍과 공유 결합을 형성할 수 없으므로 루이스산이 ^[4]아니다.반대로, 많은 루이스산은 Arrhenius 또는 Brönsted가 아니다.저지산.현대 용어에서 산은 암묵적으로 브뢴스테드산이지 루이스산이 아니다. 왜냐하면 화학자들은 거의 항상 ^[4]루이스산을 루이스산으로 명시적으로 부르기 때문이다.

정의 및 개념

현대적 정의는 모든 산에 공통되는 근본적인 화학 반응에 관련되어 있습니다.

일상생활에서 접하는 대부분의 산은 수용액이거나 물에 녹을 수 있기 때문에 Arrhenius와 Brönsted는 다음과 같다.Lowry 정의가 가장 적절합니다.

브뢴스테드-로우리 정의는 가장 널리 사용되는 정의이다. 달리 명시되지 않는 한 산-염기 반응은 산에서 염기로의 양성자(H⁺) 전달을 수반한다고 가정한다.

하이드로늄 이온은 세 가지 정의에 따른 산이다.알코올과 아민은 브뢴스테드(Brönsted)일 수 있지만,로우리산은 산소와 질소 원자에 있는 전자의 외로운 쌍 때문에 루이스 염기로도 기능할 수 있습니다.

아레니우스산

1884년, 스반테 아레니우스는 산성의 특성을 나중에 양성자 또는 하이드론이라고 기술되는 수소 이온(H⁺)의 탓으로 돌렸다.아레니우스산은 물에 첨가하면 ^[4][5]물 속의 H이온 농도가⁺ 높아지는 물질이다.화학자는 산염기 반응을 설명할 때 종종 H(aq)를⁺ 쓰고 수소 이온을 언급하지만 유리 수소 핵인 양성자는 물 속에 단독으로 존재하는 것이 아니라 하이드로늄 이온(HO₃⁺, HO₉₄⁺) 또는 다른 형태(HO₅₂⁺)로 존재한다.따라서 아레니우스산은 물에 첨가하면 하이드로늄 이온의 농도를 높이는 물질이라고도 할 수 있다.예를 들어 염화수소나 아세트산과 같은 분자 물질을 들 수 있다.

반면 아레니우스 염기는 물에 녹으면 수산화물(OH⁻) 이온의 농도가 높아지는 물질이다.이온이 반응하여 HO 분자를 형성하기₂ 때문에 이는 하이드로늄의 농도를 낮습니다.

HO₃⁺
_(aq)⁻
_(aq) + OH ho_2(liq) HO + HO_2(liq)

이 평형 때문에 하이드로늄의 농도가 증가하면 수산화물의 농도가 감소한다.따라서, 아레니우스산은 수산화물 농도를 감소시키는 반면 아레니우스 염기는 수산화물 농도를 증가시키는 산이라고도 할 수 있다.

산성용액 중 하이드로늄 이온 농도는 리터당 10몰 이상이다⁻⁷.pH는 하이드로늄 이온 농도의 음대수로 정의되기 때문에 산성용액은 pH가 7 미만이다.

브뢴스테드-로우리산

아레니우스 개념은 많은 반응을 기술하는 데 유용하지만, 그 범위 또한 상당히 제한적이다.1923년 화학자 요하네스 니콜라우스 브뢴스테드와 토마스 마틴 로리는 산염기 반응이 양성자의 전달을 수반한다는 것을 독립적으로 인정했다.A 브뢴스테드-로우리산(또는 단순히 브뢴스테드산)은 브뢴스테드에게 양성자를 기증하는 종이다.로우리 기지.^[5]브뢴스테드-로우리산염기이론은 아레니우스이론에 비해 몇 가지 이점이 있다.식초의 독특한 맛을 내는 유기산인 아세트산(CHCOOH₃)의 다음과 같은 반응을 고려해 보십시오.

CHCOOH₃ + HO₂ ch₃⁻ CHCOO + HO₃⁺

CHCOOH₃ + NH₃ ch₃⁻ CHCOO + NH+4

두₃ 이론 모두 첫 번째 반응을 쉽게 묘사한다: CHCOOH는 물에 녹았을 때 HO의 공급원으로₃⁺ 작용하기 때문에 아레니우스산으로 작용하고, 물에 양성자를 기증함으로써 브뢴스테드산으로 작용한다.두 번째 예에서₃ CHCOOH는 동일한 변환을 거치지만₃, 이 경우 암모니아(NH)에 양성자를 기증하지만, 반응이 하이드로늄을 생성하지 않기 때문에 산의 아레니우스 정의와는 관련이 없다.그럼에도₃ 불구하고 CHCOOH는 Arrenius이면서 Brönsted이다.로리산.

브뢴스테드-로우리 이론은 비수 용액 또는 기체상에서의 분자 화합물의 반응을 설명하기 위해 사용될 수 있다.염화수소(HCl)와 암모니아는 몇 가지 다른 조건에서 결합하여 염화암모늄, NHCl을₄ 형성합니다.수용액에서 HCl은 염산으로 작용하며 하이드로늄과 염화물 이온으로 존재한다.다음 반응은 아레니우스 정의의 한계를 보여준다.

1. HO₃⁺
   _(aq) + Cl⁻
   _(aq) + NH₃ → Cl⁻
   _(aq) + NH⁺
   _4(aq)2 + HO
2. HCl_(benzene) + NH_3(benzene) → NHCl_4(s)
3. HCl_(g) + NH_3(g) → NHCl_4(s)

아세트산 반응과 마찬가지로 첫 번째 예에서는 두 가지 정의가 모두 작용합니다. 여기서 물은 용매이고 하이드로늄 이온은 HCl 용매에 의해 형성됩니다.다음 두 가지 반응은 이온 형성과 관련이 없지만 여전히 양성자 전달 반응이다.두 번째 반응에서는 염화수소와 암모니아(벤젠에 용해됨)가 반응하여 벤젠 용매 내에서 고체 염화암모늄을 형성하고, 세 번째 가스에서는 HCl과₃ NH가 결합하여 고체를 형성한다.

루이스산

세 번째, 아주 약간만 관련이 있는 개념은 1923년 길버트 N에 의해 제안되었다. 루이스: 양성자 전달을 수반하지 않는 산염기 특성과의 반응을 포함한다.루이스산은 다른 종으로부터 한 쌍의 전자를 받아들이는 종이다. 즉, 전자쌍 수용체이다.^[5]브뢴스테드산염기 반응은 양성자 전달 반응이고 루이스산염기 반응은 전자쌍 전달 반응이다.많은 루이스산은 브뢴스테드가 아니다.저지산.산-염기 화학의 관점에서 다음과 같은 반응이 어떻게 설명되는지를 대조한다.

첫 번째 반응에서 불화물 이온 F는⁻ 전자쌍을 삼불화붕소에 포기하고 4불화붕소 생성물을 형성한다.플루오르화물은 B-F 결합에서 공유되는 전자가 두 원자핵 사이의 공간에 위치하기 때문에 단일 플루오르화물 이온에 있는 것보다 플루오르화물 핵에서 더 멀리 떨어져 있기 때문에 한 쌍의 원자가 전자를 "소실"시킨다.BF는₃ 불화물로부터 전자쌍을 받아들이기 때문에 루이스산이다.이 반응은 양성자 이동이 없기 때문에 브뢴스테드 이론으로 설명할 수 없다.두 번째 반응은 두 가지 이론 중 하나를 사용하여 설명할 수 있다.양성자는 불특정 브뢴스테드산으로부터 브뢴스테드염기인 암모니아로 이행된다.또한 암모니아는 루이스염기로 작용하며 수소이온과의 결합을 형성하기 위해 하나의 전자쌍을 이행한다.전자쌍을 얻는 종은 루이스산이다; 예를 들어, H-O 결합 중 하나가 끊어지고 결합에서 공유되는 전자가 산소에 국소화 될 때 HO의 산소₃⁺ 원자는 전자쌍을 얻는다.문맥에 따라 루이스산은 산화제 또는 친전자성 물질로 설명될 수도 있다.아세트산, 구연산 또는 옥살산과 같은 유기 브뢴스테드산은 루이스산이 ^[4]아니다.그것들은 물에서 분해되어 루이스산, H를⁺ 생성하지만, 동시에 동일한 양의 루이스 염기(각각 언급된 산의 경우 아세트산, 구연산 또는 옥살산)를 생성한다.이 기사는 루이스산보다는 브뢴스테드산을 주로 다룬다.

해리 및 평형

산의 반응은 종종 HA h⁺ H + A⁻ 형태로 일반화되는데, 여기서 HA는 산을 나타내고⁻ A는 켤레 염기이다.이 반응을 프로톨리시스라고 한다.산의 양성자화 형태(HA)는 때때로 ^[6]유리산이라고도 한다.

산-염기 켤레 쌍은 양성자 1개씩 다르며 양성자의 추가 또는 제거에 의해 상호 변환될 수 있다(각각 양성자와 탈양성자).산은 하전종이 될 수 있고, 켤레 염기는 중성일 수 있으며, 이 경우 일반화된 반응 방식은 HA⁺ + H + A로⁺ 기록될 수 있다. 용액에서는 산과 켤레 염기 사이에 평형이 존재한다.평형 상수 K는 용액 속의 분자 또는 이온의 평형 농도의 표현이다.괄호는 [HO₂]가 HO의₂ 농도를 의미하도록 농도를 나타낸다.산 해리 상수_a K는 일반적으로 산-염기 반응의 맥락에서 사용된다.K의 수치는_a 생성물 농도를 반응물 농도로 나눈 곱(곱셈)과 같으며, 여기서 반응물은 산(HA), 생성물은 켤레염기, H이다⁺.

${{displaystyle K_{a}=black {\ce {[H+] [A^{-}}}}{\ce {[HA]}}}}}}}}}$

두 산 중 강한 산이 약한 산보다 높은_a K를 가지며, 강한 산이 양성자를 잃는 경향이 더 크기 때문에 강한 산에 대한 수소 이온의 비율은 더 높습니다.K에 대해_a 가능한 값의 범위는 관리하기 쉬운 상수인 여러 차수에 걸쳐 있으므로 pK가_a 더 자주 사용됩니다. 여기서_a pK = -log_10a K입니다.강한 산일수록 약한 산보다 pK가_a 작습니다.수용액 중 25°C에서 실험적으로 측정된 pK는_a 교과서 및 표준물질에 자주 인용된다.

명명법

아레니우스산은 음이온에 따라 이름이 붙여진다.고전적인 명명 체계에서는 다음 표에 따라 이온 접미사가 삭제되고 새로운 접미사로 대체됩니다."hydro-"라는 접두사는 산이 수소와 다른 하나의 원소로만 구성되어 있을 때 사용됩니다.예를 들어 HCl은 음이온으로 염화물을 가지고 있기 때문에 수소 접두사를 사용하며, -ide 접미사는 염산 형태를 띤다.

고전적인 명명 체계:

음이온 프리픽스	음이온 접미사	산 프리픽스	산서픽스	예
에 따라	먹었다.	에 따라	IC산	과염소산(HClO4)
	먹었다.		IC산	염소산(HClO3)
	이테		오스산	염소산(HClO2)
하이포	이테	하이포	오스산	하이포아염소산(HClO)
	ide	하이드로	IC산	염산(HCl)

IUPAC 명명 체계에서는 이온 화합물 이름에 "수"가 단순히 추가됩니다.따라서 염화수소의 경우 산용액으로서 IUPAC는 염화수소 수용액이다.

산강도

산의 강도는 양성자를 잃는 능력이나 경향을 말한다.강산은 물에서 완전히 해리되는 산이다. 즉, 강산 HA의 1몰이 물에 용해되어 H의⁺ 1몰과 켤레 염기 A의⁻ 1몰이 생성되고 양성자화 산 HA는 생성되지 않는다.반면 약산은 부분적으로만 해리되며, 평형상태에서 산과 켤레염기 모두 용액에 있다.강산의 예로는 염산(HCl), 요오드산(HI), 브롬산(HBr), 과염소산(HClO₄), 질산(HNO₃), 황산(HSO₂₄) 등이 있다.물 속에서 이들 각각은 기본적으로 100% 이온화된다.산이 강할수록 양성자⁺ H를 잃기 쉽다.탈양성자의 용이성에 기여하는 2가지 주요 요인은 H-A 결합의 극성과 H-A 결합의 강도를 결정하는 원자 A의 크기입니다.산 강도는 또한 종종 켤레 염기의 안정성 측면에서 논의된다.

강한 산은 약한 산보다 높은 산 해리 상수_a K와 음의 pK를_a 가집니다.

술폰산은 유기산화물질로 강한 산의 한 종류이다.일반적인 예로는 톨루엔술폰산(토실산)이 있다.황산 자체와 달리 술폰산은 고체일 수 있다.실제로 폴리스티렌 술폰산염으로 기능하는 폴리스티렌은 여과 가능한 고체 강산성 플라스틱이다.

초산은 100% 황산보다 강한 산이다.초산의 예로는 플루오로안티몬산, 매직산, 과염소산 등이 있다.초산은 물을 영구적으로 양성자로 만들어 이온성 결정성 하이드로늄 "염수"를 줄 수 있습니다.또한 탄화수소도 정량적으로 안정화시킬 수 있습니다.

K는 산성화합물의 강도를 측정하는 반면_a, 수용산용액의 강도는 용액 중의 하이드로늄 농도를 나타내는 pH로 측정한다.물에 있는 산성 화합물의 단순 용액의 pH는 화합물의 희석 및 화합물의 K에_a 의해 결정된다.

비수용액의 루이스산 강도

Lewis acids는 ECW 모델에서 분류되었으며 산 ^[7]강도의 순서는 단 한 가지도 없는 것으로 나타났습니다.일련의 염기에 대한 루이스 산의 상대 수용체 강도는 C-B ^[8][9]플롯으로 설명할 수 있다.루이스 산 강도의 순서를 정의하려면 적어도 두 가지 특성을 고려해야 한다는 것이 밝혀졌다.Pearson의 정성적 HSAB 이론의 경우 경도와 강도의 두 가지 특성이 있는 반면, Drago의 정량적 ECW 모델의 경우 두 가지 특성은 정전 및 공유 값입니다.

화학적 특성

단프로톤산

모노프로톤산(monrotic acids)은 또한 모노프로톤산으로 알려져 있으며, 아래와 같이 해리 과정(이온화라고도 함) 동안 분자당 하나의 양성자를 기증할 수 있는 산이다.

HA(aq) + HO₂(l) † HO₃⁺(aq) + A⁻(aq) K_a

미네랄산에 포함된 모노프로틱산의 일반적인 예로는 염산(HCl)과 질산(HNO₃)이 있습니다.한편 유기산의 경우 이 용어는 주로 하나의 카르본산 그룹의 존재를 나타내며, 때로는 이러한 산을 모노카르본산이라고 한다.유기산의 예로는 포름산(HCOOH), 아세트산(CHCOOH₃) 및 벤조산(CHCOOH₆₅)이 있다.

폴리프로틴산

폴리염기산으로도 알려진 폴리프로틴산은 분자당 하나의 양성자만 기증하는 단프로톤산과는 대조적으로 산 분자당 하나 이상의 양성자를 기증할 수 있다.특정 유형의 폴리프로틴산은 이염기산(또는 이염기산)과 삼염기산(또는 삼염기산)과 같은 보다 구체적인 이름을 가지고 있다.단백질과 핵산과 같은 일부 고분자는 매우 많은 양의 산성 ^[10]양성자를 가질 수 있다.

디프로톤산(여기서는 HA로₂ 표시됨)은 pH에 따라 1개 또는 2개의 해리를 겪을 수 있다.각각의 해리에는 고유의 해리 상수 K와_a1a2 K가 있습니다.

HA₂(aq) + HO₂(l) † HO₃⁺(aq) + HA⁻(aq) K_a1

HA⁻(aq) + HO₂(l) † HO₃⁺(aq) + A²⁻(aq) K_a2

첫 번째 해리 상수는 일반적으로 두 번째 해리 상수보다 큽니다(즉_a1, K > K_a2).예를 들어 황산(HSO₂₄)은 1개의 양성자를 기증하여 K가_a1 매우 큰 2황산⁻
₄ 음이온(HSO)을 형성할 수 있으며, 다음으로 2개의 양성자를 기증하여 황산 음이온²⁻
₄(SO_a2)을 형성할 수 있다.첫 번째 해리의 큰_a1 K는 황산을 강한 산으로 만든다.마찬가지로 약불안정탄산(HCO₂₃)은 1개의 양성자를 잃어 중탄산 음이온(HCO⁻
₃)을 형성하고, 2번째 양성자를 잃어 탄산 음이온(CO²⁻
₃)을 형성할 수 있다.두_a K 값은 모두_a1 작지만 K > K_a2 입니다.

삼단백질산(HA₃)은 1회, 2회 또는 3회의 해리를 겪을 수 있으며, 3개의 해리 상수를 가지고 있다(여기서_a1 K > K_a2 > K_a3).

HA₃(aq) + HO₂(l) † HO₃⁺(aq) + HA₂⁻(aq) K_a1

HA₂⁻(aq) + HO₂(l) † HO₃⁺(aq) + HA²⁻(aq) K_a2

HA²⁻(aq) + HO₂(l) † HO₃⁺(aq) + A³⁻(aq) K_a3

삼프로틴산의 무기적인 예는 보통 인산이라고 불리는 오르토인산이다₃₄.세 개의 양성자 모두 연속적으로 손실되어 HPO, 그리고²⁻
₄ 마지막으로₂⁻
₄ 인산염이라고 불리는³⁻
₄ 오르토인산 이온인 PO를 생성할 수 있습니다.원래의 인산 분자상에서의 3개의 양성자의 위치는 동일하지만, 켤레 염기가 음전하가 더 많으면 양성자를 잃는 것이 에너지적으로 덜 유리하기 때문에 연속되는_a K 값은 다르다.삼단백질산의 유기적인 예로는 구연산이 있으며, 구연산은 연속적으로 3개의 양성자를 잃고 최종적으로 구연산 이온을 형성할 수 있다.

각 수소 이온의 후속 손실은 덜 바람직하지만, 모든 켤레 염기는 용액에 존재한다.각 종에 대한 분수 농도α(alpha)를 계산할 수 있다.예를 들어 일반 디프로톤산은 용액에서 HA, HA⁻, A의²⁻ 3종을₂ 생성한다.pH([H⁺]로 변환할 수 있음) 또는 산의 농도와 모든 켤레 염기가 주어졌을 때, 부분 농도는 다음과 같이 계산할 수 있다.

${\displaystyle {\ce {H2A}}\alpha_{\ce {H+]^2}}{\ce {H+}^2}+[\ce {H+}}K_{1}K_{2}=frAC {2A}{\ce}HA^{-}]+[A^{2-}}}}\\alpha _{\ce {HA^-}}&=blac {{\ce {H+}}}K_{1}}{\ce {H+}^2}}+[{\ce {H+}}}}K_{{1}K_{\ce {\ce}}}{{\frac}}}HA^-]}}{{\ce {[H2A]}}+{[HA^{-}}+{[A^{2-}}}\alpha _{\ce {A^{2-}}}}}&=sqfrac {K_{2}}{\ce {H+}^2}}+[{\ce {H+}}}K_{1}K_{2}}={cfrace {\c}HA^{-}}+{[A^{2-}}}}\end {aligned}}$

주어진₁ K와₂ K에 대한 pH에 대한 이러한 부분 농도의 플롯은 Bjerrum 플롯으로 알려져 있다.위의 공식에서 패턴이 관찰되며, 탈양성자화된 일반적인 n -프로틴산으로 확장될 수 있습니다.

$\displaystyle \alpha _{\ce {H}_{n-i}A^{i-}=flash[\ce {H+}}^{n-i}\displaystyle _{j=0}^{i}K_{j}\over \displaystyle \sum _{i=0}^{n}{n}{n-i}{\}\Big[\case-i}{\cledisplaysty}}$

여기서₀ K = 1 및 기타 K-항은 산의 해리 상수이다.

중화

중화란 산과 염기 사이의 반응으로 소금과 중화 염기를 생성하는 것입니다. 예를 들어 염산과 수산화나트륨은 염화나트륨과 물을 형성합니다.

HCl_(aq) + NaOH_(aq) → HO_2(l) + NaCl_(aq)

중성화는 적정의 기초이며, 여기서 pH 표시기는 산에 등가 몰 수를 더했을 때 당량점을 나타낸다.중화 시 pH 7.0 용액이 생성되어야 한다고 잘못 가정하는 경우가 많은데, 이는 반응 중 산과 염기 강도가 유사한 경우에만 해당된다.

산보다 약한 염기로 중화시키면 약산성 염분이 된다.예를 들어 강산염화수소와 약염기 암모니아에서 생성되는 약산염화암모늄이 있다.반대로 약한 산을 강한 염기로 중화하면 약한 염기성 소금(예를 들어 불화수소의 플루오르화나트륨과 수산화나트륨)을 얻을 수 있다.

약산-약염기균형

양성자화된 산이 양성자를 잃기 위해서는 시스템의 pH가 산의 pK보다_a 높아야 한다.기본 용액에서 감소된⁺ H 농도는 결합 염기 형태(산의 탈양성자 형태)로 평형을 이동시킨다.낮은 pH(더 산성) 용액에서는 산이 양성자화된 형태를 유지할 수 있을 만큼⁺ 용액에 높은 H 농도가 있습니다.

약한 산의 용액과 그 결합 염기의 염은 완충 용액을 형성한다.

적정

수용액 중 산의 농도를 측정하기 위해 일반적으로 산-염기적정을 실시한다.일반적으로 NaOH 또는 KOH로 알려진 농도의 강한 염기용액을 첨가하여 첨가된 ^[11]염기의 양에 따라 인디케이터의 색변화에 따라 산용액을 중화시킨다.염기에 의해 적정된 산의 적정곡선은 2개의 축을 가지며, x축은 base volume, y축은 용액의 pH값이다.용액의 pH는 베이스가 솔루션에 추가되면 항상 상승합니다.

예: 디프로톤산

각 디프로톤산 적정곡선에 대해 왼쪽에서 오른쪽으로 중간점 2개, 당량점 2개, 완충영역 ^[13]2개가 있다.

등가점

연속적인 해리 작용에 의해, 디프로톤산의 ^[14]적정 곡선에는 2개의 당량점이 있다.첫 번째 당량점은 첫 번째 이온화의 모든 첫 번째 수소 이온이 ^[15]적정될 때 발생합니다.즉, 추가된 OH의 양은⁻ 첫 번째 등가점의 원래 HA의 양과₂ 동일합니다.두 번째 당량점은 모든 수소 이온이 적정될 때 발생합니다.따라서 추가된 OH의 양은⁻ 현재 HA의 2배에₂ 해당합니다.강한 염기에 의해 적정된 약한 이중수소산은 ^[15]용액에서 생성된 염류의 가수분해로 인해 pH 7 이상에서 두 번째 당량점이 발생해야 한다.어느 등가점에서나 염기의 강하를 추가하면 시스템에서 pH 값이 가장 가파르게 상승합니다.

버퍼 영역 및 중간점

pH=pK인_a 2개의 중간점을 포함하는 디프로톤산 적정곡선.두 개의 다른_a K 값이 있기 때문에 첫 번째 중간점은 pH=pK이고_a1 두 번째 중간점은 pH=pK이다_a2.^[16]중심에 중간점을 포함하는 곡선의 각 세그먼트를 버퍼 영역이라고 합니다.완충 영역은 산과 그 켤레 염기로 구성되기 때문에 염기가 첨가될 때 다음 ^[5]등가점까지 pH 변화에 저항할 수 있다.

산의 도포함

산은 우리 삶에 보편적으로 존재한다.생물학적 기능을 가진 수많은 종류의 천연산 화합물과 많은 방법으로 사용되는 거대한 합성산이 있다.

업계에서는

산은 오늘날 산업의 거의 모든 공정을 처리하는 데 있어 기본적인 시약입니다.이프로톤산인 황산은 산업에서 가장 널리 사용되는 산이며 세계에서 가장 많이 생산되는 공업용 화학물질이기도 하다.그것은 주로 비료, 세제, 전지, 염료를 생산하는데 사용되며 불순물 ^[17]제거와 같은 많은 제품들을 가공하는데 사용된다.2011년의 통계 데이터에 의하면,^[18] 황산의 연간 생산량은 세계 약 2억 톤이었습니다.예를 들어 인산염 광물이 황산과 반응하여 인산염 비료 제조용 인산염을 생성하고, 아연은 아연을 황산에 용해하여 용액을 정제하여 일렉트로잉하여 제조한다.

화학 산업에서는 산이 중화 반응으로 반응하여 소금을 생성한다.예를 들어, 질산은 암모니아와 반응하여 비료인 질산암모늄을 생성한다.또한 카르본산을 알코올과 에스테르화하여 에스테르를 제조할 수 있다.

산은 종종 산봉우리라고 알려진 공정에서 녹과 다른 부식을 제거하기 위해 사용됩니다.자동차 배터리의 황산과 같이 습식 전지 배터리의 전해질로 사용될 수 있습니다.

인푸드

타르타르산은 숙성되지 않은 망고와 타마린드와 같이 일반적으로 사용되는 음식의 중요한 성분이다.천연 과일과 야채 또한 산을 함유하고 있습니다.구연산은 오렌지, 레몬 및 다른 감귤류 과일에 존재한다.옥살산은 토마토, 시금치, 특히 카람볼라와 대황에 존재한다; 대황 잎과 익지 않은 카람볼라는 높은 농도의 옥살산 때문에 독성이 있다.아스코르브산은 인체에 필수적인 비타민으로 아믈라, 레몬, 감귤류, 구아바와 같은 음식에 있습니다.

많은 산이 맛을 바꾸고 방부제 역할을 하기 때문에 첨가물로써 다양한 종류의 음식에서 발견될 수 있습니다.예를 들어, 인산은 콜라 음료의 성분이다.아세트산은 일상 생활에서 식초로 사용된다.구연산은 소스와 피클의 방부제로 사용된다.

탄산염은 청량음료에 많이 첨가되는 가장 일반적인 산 첨가물 중 하나입니다.제조 공정에서 CO는₂ 보통 가압되어 이러한 음료에 용해되어 탄산을 생성한다.탄산은 매우 불안정하며 상온과 압력에서 물과 CO로₂ 분해되는 경향이 있습니다.따라서 이러한 종류의 청량음료 병이나 캔을 열면 탄산음료가 거품이 ^[19]일면서₂ 거품이 일게 된다.

어떤 산들은 약으로 사용된다.아세틸살리실산은 진통제와 열을 내리는 데 사용된다.

인체에

산은 인체에 중요한 역할을 한다.위에 있는 염산은 크고 복잡한 음식 분자를 분해하여 소화를 돕는다.아미노산은 신체 조직의 성장과 회복에 필요한 단백질의 합성에 필요하다.지방산은 또한 신체 조직의 성장과 회복을 위해 필요하다.핵산은 DNA와 RNA를 만들고 유전자를 통해 자손에게 특성을 전달하는 데 중요하다.탄산은 체내 pH 평형을 유지하는데 중요하다.

인체에는 다양한 유기화합물과 무기화합물이 포함되어 있으며, 그 중 디카르본산은 많은 생물학적 행동에 필수적인 역할을 한다.이들 산의 대부분은 아미노산으로,^[20] 주로 단백질 합성을 위한 물질로 작용한다.다른 약한 산들은 신체의 ^[21]pH가 세포에 해로울 수 있는 대규모 변화를 겪는 것을 막기 위해 그들의 결합 염기와 함께 완충제 역할을 한다.나머지 디카르본산도 인체에서 생물학적으로 중요한 다양한 화합물의 합성에 관여한다.

산촉매

산은 산업 및 유기 화학에서 촉매로 사용됩니다. 예를 들어, 황산은 휘발유를 생산하기 위해 알킬화 과정에서 매우 많은 양을 사용합니다.황산, 인산, 염산과 같은 일부 산들도 탈수와 응축 반응에 영향을 미칩니다.생화학에서는 많은 효소가 산촉매를 ^[22]이용한다.

생물학적 발생

생물학적으로 중요한 많은 분자들은 산이다.산성 인산기를 포함하는 핵산은 DNA와 RNA를 포함한다. 핵산은 유기체의 많은 특성을 결정하는 유전 코드를 포함하고 있으며 부모에서 자손으로 전달된다.DNA는 아미노산 서브유닛으로 구성된 단백질 합성에 대한 화학적 청사진을 포함하고 있다.세포막은 인지질 같은 지방산에스테르를 함유하고 있다.

α-아미노산은 카르복실기(따라서 카르본산), 아미노기, 수소원자 및 가변기에 공유결합하는 중심탄소(α 또는 알파탄소)를 가진다.R 그룹 또는 측쇄라고도 불리는 변수 그룹은 특정 아미노산의 동일성과 많은 특성을 결정합니다.가장 단순한 아미노산인 글리신에서 R 그룹은 수소 원자이지만, 다른 모든 아미노산에서는 수소에 결합된 하나 이상의 탄소 원자를 포함하고 황, 산소 또는 질소와 같은 다른 원소를 포함할 수 있습니다.글리신을 제외하고, 자연적으로 발생하는 아미노산은 키랄이며 거의 항상 L-배열에서 발생한다.일부 세균 세포벽에서 발견되는 펩티도글리칸은 D-아미노산을 함유하고 있다.생리학적 pH(일반적으로 약 7)에서 유리 아미노산은 하전 형태로 존재하며, 여기서 산성 카르복실기(COOH)는 양성자(-COOH)⁻를 잃고 염기성 아민기(-NH₂)는 양성자(-NH⁺
₃)를 얻는다.전체 분자는 순 중성 전하를 가지고 있으며 염기성 또는 산성 측쇄를 가진 아미노산을 제외하고 zwitterion입니다.예를 들어 아스파라긴산은 1개의 양성자화아민 및 2개의 탈양성자 카르복실기를 가지며, 생리적 pH에서 순전하는 -1이다.

지방산과 지방산 유도체는 생물학에서 중요한 역할을 하는 또 다른 카르본산 그룹이다.이것들은 긴 탄화수소 사슬과 한쪽 끝에 카르본산기를 포함하고 있다.거의 모든 유기체의 세포막은 주로 극성 친수성 인산염 "두부" 그룹을 가진 소수성 지방산에스테르 미셀인 인지질 이중층으로 구성되어 있습니다.막에는 산염기 반응에 관여할 수 있는 추가 성분이 포함되어 있습니다.

인간과 다른 많은 동물에서, 염산은 단백질과 다당류를 가수 분해하는 것을 돕고, 불활성 프로 효소인 펩시노겐을 효소인 펩신으로 변환하기 위해 위에서 분비되는 위산의 일부이다.어떤 유기체들은 방어를 위해 산을 생산한다; 예를 들어, 개미는 포름산을 생산한다.

산-염기 균형은 포유류의 호흡을 조절하는 데 중요한 역할을 한다.산소 가스는 동물들이 식품에₂ 저장된 화학적 잠재 에너지를 방출하여 부산물로 이산화탄소(CO₂)를 생성하는 과정인 세포 호흡을 촉진합니다.산소와 이산화탄소는 폐에서 교환되고, 몸은 환기의 속도를 조절함으로써 변화하는 에너지 수요에 반응합니다.예를 들어, 운동을 하는 동안 몸은 저장된 탄수화물과 지방을 빠르게 분해하여 혈류로 CO를 방출합니다₂.혈액₂ CO와 같은 수용액에는 탄산 및 중탄산 이온과 평형 상태로 존재한다.

CO₂ + HO₂ h₂₃ HCO h⁺ H + HCO-3

과도한₂ CO를 배출하고 세포에 O를₂ 공급하면서 뇌가 더 빠르고 깊게 숨을 쉬도록 신호를 보내는 것은 pH의 감소입니다.

세포막은 내부를 구성하는 친유성 지방 아실 사슬 때문에 일반적으로 하전 또는 큰 극성 분자에 대해 투과성이 없다.다수의 약제를 포함한 많은 생물학적으로 중요한 분자는 양성자화되고 대전되지 않은 형태로 막을 통과할 수 있지만 대전된 형태(즉, 켤레 베이스로서)는 아닌 유기 약산이다.이러한 이유로 많은 약물의 활동은 제산제나 산성 식품의 사용에 의해 강화되거나 억제될 수 있다.그러나 충전된 형태는 혈액과 세포질, 둘 다 수성 환경에서 더 잘 용해됩니다.세포 외 환경이 세포 내 중성 pH보다 더 산성이면, 특정 산은 중성 형태로 존재하고 막 용해되어 인지질 이중층을 통과할 수 있습니다.세포 내 pH에서 양성자를 잃는 산은 용해되고 충전된 형태로 존재하며, 따라서 세포질을 통해 표적으로 확산될 수 있다.이부프로펜, 아스피린, 페니실린은 약산인 약의 예이다.

일반산

미네랄산(무기산)

• 할로겐화수소 및 그 용액: 불산(HF), 염산(HCl), 브롬산(HBr), 요오드산(HI)
• 할로겐 옥소산 : 차아염소산(HClO), 염소산(HClO₂), 염소산(HClO₃), 과염소산(HClO₄) 및 이에 대응하는 브롬 및 요오드 유사체
  • 불소의 유일한 옥소산인 하이포플루오르산(HFO).
• 황산(HSO₂₄)
• 불소황산(HSOF₃)
• 질산(HNO₃)
• 인산(HPO₃₄)
• 플루오로안티몬산(HSBF₆)
• 불소산(HBF₄)
• 헥사플루오로인산(HPF₆)
• 크롬산(HCrO₂₄)
• 붕산(HBO₃₃)

술폰산

술폰산은 일반식 RS(=O)~₂OH이며, 여기서 R은 유기 라디칼이다.

• 메탄술폰산(또는 메실산, CHSOH₃₃)
• 에탄술폰산(또는 에실산, CHCHSOH₃₂₃)
• 벤젠술폰산(또는 베실산, CHSOH₆₅₃)
• p-톨루엔술폰산(또는 토실산, CHCHSOH₃₆₄₃)
• 트리플루오로메탄술폰산(또는 트리플루오로메탄술폰산, CFSOH₃₃)
• 폴리스틸렌술폰산(술폰화 폴리스틸렌, [CH₂(CH₆₄)SOH₃])_n

카르본산

카르본산은 일반식 R-C(O)OH를 가지며, 여기서 R은 유기라디칼이다.카르복실기 -C(O)OH는 카르보닐기 C=O와 수산기 O-H를 포함한다.

• 아세트산(CHCOOH₃)
• 구연산(CHO₆₈₇)
• 포름산(HCOOH)
• 글루콘산 HOCH-₂(CHOH)-₄COOH
• 젖산(CH-CHOH-COOH₃)
• 옥살산(HOOC-COOH)
• 주석산(HOOC-CHOH-CHOH-COOH)

할로겐화 카르본산

알파 위치에서 할로겐화하면 산 강도가 증가하므로 다음 산들은 모두 아세트산보다 강합니다.

• 플루오로아세트산
• 트리플루오로아세트산
• 클로로아세트산
• 디클로로아세트산
• 트리클로로아세트산

비닐로그 카르본산

정상 카르본산은 카르보닐기와 수산기의 직접 결합이다.비닐로그 카르본산은 탄소-탄소 이중결합이 카르보닐기와 수산기를 분리한다.

• 아스코르브산

핵산

• 디옥시리보핵산(DNA)
• 리보핵산(RNA)

레퍼런스

• 공통산 및 염기의 강도 목록
• Zumdahl, Steven S. (1997). Chemistry (4th ed.). Boston: Houghton Mifflin. ISBN 9780669417944.
• Pavia, D. L.; Lampman, G. M.; Kriz, G. S. (2004). Organic Chemistry Volume I. Mason, OH: Cengage Learning. ISBN 0759347271.

외부 링크

• Curtipot:산-염기 평형도, pH 계산 및 적정 곡선 시뮬레이션 및 분석 – 프리웨어