산-염기 중화 반응

 

  3. 수용액의 성질

 

3.2 수용액의 성질과 pH

 

앞의 절에서 살펴보았듯이 모든 수용액에는 H3O+(aq)와 OH-(aq)가 존재한다. 그리고 두 물질의 농도는 항상

    [H3O+(aq)]x[OH-(aq)] = 일정

이며, 25℃에서

    [H3O+(aq)]x[OH-(aq)] = 1.0x10-14

관계를 만족한다.

그렇다면 수용액의 산성-염기성 성질은 H3O+(aq) 또는 OH-(aq)의 농도로 표시할 나타낼 수 있지 않을까? H3O+(aq)와 OH-(aq)의 농도는 서로 관계가 있으므로, 어느 것을 선택하여도 된다. H3O+(aq)의 농도를 사용하여 수용액의 성질을 나타내보도록 하자.

보통의 수용액에서 H3O+(aq)의 농도는 아주 작으므로, 그것의 상용 로그를 사용하는 것이 편리하다. 다음과 같이 pH를 정의할 수 있다.

    pH = -log[H3O+(aq)]

이때 [H3O+(aq)]는 H3O+(aq)의 몰농도를 나타낸다. 몇 가지 수용액을 pH로 나타내보자.

(1) 순수한 물 또는 중성 수용액

    순수한 물에서는 25℃에서

      [H3O+(aq)]x[OH-(aq)] = 1.0x10-14

    이므로,

      pH = -log[H3O+(aq)] = -log(1.0x10-7) = 7.0

    이다.

    중성 수용액은 물에 용질을 녹였어도 [H3O+(aq)] 또는 [OH-(aq)]에는 영향이 없는 용액이다. 따라서 물과 마찬가지로

      pH = -log[H3O+(aq)] = -log(1.0x10-7) = 7.0

    이다.

 

(2) 산성 수용액

    [H3O+(aq)]가 1.0x10-7인 물에 산을 넣으면 H3O+(aq)가 추가로 생기므로

      [H3O+(aq)] > [OH-(aq)]

    이고,

      [H3O+(aq)] > 1.0x10-7

    이다. 예를 들어, 산이 물에 녹아 [H3O+(aq)]가 1.0x10-5의 산성 수용액을 만들었다면,

      pH = -log[H3O+(aq)] = -log(1.0x10-5) = 5.0

    이다. 즉, 산성 수용액의 pH는 7보다 작으며, 그 숫자가 작을수록 산성이 커진다.

 

(3) 염기성 수용액

    [H3O+(aq)]가 1.0x10-7인 물에 염기를 넣으면 OH-(aq)가 추가로 생기므로

      [OH-(aq)] > [H3O+(aq)]

    이고,

      [OH-(aq)] > 1.0x10-7

    이다. [H3O+(aq)]x[OH-(aq)] = 1.0x10-7이므로

      [H3O+(aq)] < 1.0x10-7

    이다. 예를 들어, 산이 물에 녹아 [H3O+(aq)]가 1.0x10-9의 염기성 수용액을 만들었다면,

      pH = -log[H3O+(aq)] = -log(1.0x10-9) = 9.0

    이다. 즉, 염기성 수용액의 pH는 7보다 크며, 그 숫자가 클수록 염기성이 커진다.

 

산성, 중성, 염기성 수용액에서 H3O+(aq)]와 [OH-(aq)]의 상대적인 크기를 그림으로 표현하면, 다음과 같다.

 

 

물에 염화수소 0.010 몰을 녹여 1.0L의 염산을 만들었다. 이 수용액의 pH는 얼마인가?


     풀이)

     염화수소 0.010 몰을 녹여 1,0L의 수용액을 만들면

     [H3O+(aq)] = 1.0x10-2M

     이다, 따라서

     pH = -log[H3O+(aq)] = -log(1.0x10-2) = 2.0

     이다.

 

주위에서 흔히 볼 수 있는 수용액의 pH는 다음과 같다.

 

 

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