산-염기 반응 문서 원본 보기

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'''산-염기 반응'''({{llang|en|Acid–base reaction}})은 산과 염기 사이에 일어나는 화학 반응을 말한다. 화학에서는 산과 염기에 대한 반응 메커니즘의 여러 이론적 틀인 산염기 이론이 존재하며, 이 중 대표적으로 [[브뢴스테드-로우리 산염기 이론]]이 있다. 이 이론들은 기체나 액체 등의 산-염기 반응들을 분석할 때 중요하게 이용된다. 산-염기 반응 이론들은 서로의 개념들을 상호 보완하는 관계에 있는 것으로 생각하면 산-염기 반응의 이해에 도움이 된다.

== 정의의 요약 ==
;[[스반테 아레니우스]]

: 아레니우스의 정의에 따르면 산 염기 반응은 수용액 상태에서의 [[중화 반응]]을 의미한다

;[[요하네스 니콜라우스 브뢴스테드]], 로우리

: 브뢴스테드-로우리의 정의에 따르면 산 염기 반응은 아레니우스의 정의에 따른 개념을 넘어 수용액 이외의 상태에서 일어나는 반응에 대해서도 설명할 수 있다.

;[[길버트 뉴턴 루이스]]

: 루이스의 정의에 따르면 산 염기 반응은 아레니우스의 정의와 브뢴스테드-로우리의 정의에 따른 개념을 넘어 반응이 진행된 후의 결과물이 배위공유결합(전자쌍을 갖고 있는 어느 한 입자가 다른 입자의 비어있는 전자쌍 자리에 들어가 결합을 형성함)으로 만들어지는 반응을 말한다.

예를 들면 다음과 같다.

<math>NH_3+BF_3\longrightarrow NH_3BF_3</math>

위와 같은 반응에서 질소(N)은 플루오린화 붕소의 중심원자 붕소(B)에게 전자쌍을 주게 된다. 여기서 암모니아는 루이스 염기이고, 플루오린화 붕소는 루이스 산이며, 위 반응은 루이스의 정의에 따라 산-염기 반응 중 하나라고 볼 수 있다.

참고로, 배위결합이 아니라, 물질간에 전자를 잃고 얻는 반응이 발생했다면 그건 산염기 반응이 아니라 산화-환원 반응이다.

== 산염기 정의의 변화 ==

=== 역사적 발전 ===
산-염기 반응에 대한 개념은 1754년 [[기욤프랑수아 루엘]]에 의해 처음 구상되었다. 그는 화학에서 산과 반응하여 고체 물질(염)을 생성하는 물질을 설명하기 위해 "염기"라는 개념을 도입하였다.

==== 라부아지에의 산 산소 이론 ====
산과 염기에 대한 최초의 과학적 개념은 1776년 [[앙투안 라부아지에|라부아지에]]에 의해 제기되었다. 당시 라부아지에의 강산에 대한 지식은 {{chem2|HNO3}}([[질산]]), {{chem2|H2SO4}}([[황산]])과 같은 [[옥소산]]들로 제한되어 있었는데, 이것들은 강한 산화 상태의 중심 원자가 산소로 둘러싸인 형태를 가지고 있었고, 그리고 그는 할로젠화수소산([[플루오린화 수소|HF]], [[염화 수소|HCl]], [[브로민화 수소|HBr]], [[아이오딘화 수소|HI]])의 실제 구성을 알지 못했기 때문에 그는 산을 산소 보유를 기준으로 정의했다. 이 라부아지에의 정의는 [[험프리 데이비]]가 1810년에 저술한 글과 그 후속 강의에 의해서 [[황화 수소|황화수소]]({{chem2|H2S}}), 텔루르화수소({{chem2|H2Te}}), [[할로젠화수소]]가 산소를 가지지 않음을 증명할 때까지 약 30년간 유지되었다. 그러나 험프리 데이비는 "산도는 일정한 기본 물질에 의존하지 않고 다양한 물질의 독특한 배열에 의해서 이루어진다"는 결론을 내리면서, 산-염기 반응에 대한 새로운 이론을 정립하지는 못하였다.

==== 리비히의 산 수소 이론 ====
1838년, [[유스투스 폰 리비히]]는, 산은 수소가 금속으로 대체될 수 있는 수소 화합물이라는 이론을 제안했다. 이 재정의는 유기산의 화학적 구성에 대한 본인의 광범위한 연구를 기반으로 하며 험프리 데이비의 산 산소 이론을 산 수소 이론으로 대체하였다. 리비히의 정의는 경험적으로 정립된 것이지만, 아레니우스의 정의가 새로이 채택될 때까지 약 50년간 사용되었다.

=== 아레니우스 정의 ===
분자에서 산과 염기에 대한 최초의 현대적 정의는 [[스반테 아레니우스]]에 의해 제시되었다. 그는 [[빌헬름 오스트발트|프레드릭 빌헬름 오스트발트]]와 함께 [[수용액]]에서의 이온의 존재를 확립한 이전 연구로부터 자신의 산 수소 이론을 정립하였으며, 1903년 아레니우스는 [[노벨 화학상|노벨화학상]]을 수상하였다.

아레니우스의 정의에 따르면, 아레니우스 산은 물에서 [[이온화]]되어 수소 이온(H+)을 생성하는 물질이다. 즉 산은 수용액에서 H+ 이온의 농도를 증가시킨다.

이는 물의 [[양성자화]]를 일으키거나, 또는 [[하이드로늄 이온]] ({{chem2|H3O+}})을 생성시킨다. 그러므로 현대에는 H+ 기호가 {{chem2|H3O+}}의 약어로 해석된다. 왜냐하면 순수한 양성자는 수용액에서 [[유리기]]로 존재하지 않는다는 것이 알려졌기 때문이다. 이는 용액의 산도 또는 염기도를 측정할 때 pH 지시약으로 측정되는 것이다.

아레니우스 염기는 물에서 해리되어 수산화물(OH-) 이온을 생성하는 물질이다. 즉 염기는 수용액에서 OH- 이온의 농도를 증가시킨다.

산도와 알칼리도에 대한 아레니우스의 정의는 수용액 상태만으로 조건이 제한되며, 대부분의 비 수용액에서는 유효하지 않으며 용매 이온의 농도를 나타낸다.  

산과 염기가 반응하여 물을 생성하고 그 각각의 특성을 잃는 반응을 [[중화 반응]]이라 한다. 중화 반응을 통해서 산과 염기 물질이 반응하여 물과 [[염]]을 생성한다.
<math chem display=block>\text{acid} \ + \ \text{base} \ \longrightarrow \ \text{salt} \ + \ \text{water}</math>

이런 표현에서 산-염기 중화 반응은 이중치환반응으로 공식화된다. 예를 들어 염산(HCl)과 수산화 나트륨(NaOH) 용액이 반응하면 염화 나트륨(NaCl)과 물 분자가 생성된다.
<math chem display=block>\ce{HCl_{(aq)} {} + NaOH_{(aq)} -> NaCl_{(aq)} {} + H2O}</math>

이 화학 반응식의 수정자([[수용액|aq]])는 명시적으로 포함되어 있지 않고, 반응 식 내에 함축적으로 존재한다. 이는 물질들이 물에 용해되었음을 나타낸다. HCl, NaOH, NaCl 이 세 가지 물질은 모두 순수한 화합물로 존재할 수 있지만, 수용액에서는 이온 상태인 {{chem2|H+, Cl-, Na+}} {{chem2|OH-}}로 완전히 해리된다.
== 같이 보기 ==
* [[산–염기 적정]]
* [[탈양성자화]]
* [[전자 배열]]
* [[루이스 전자점식]]
* [[친핵성 치환]]
* [[중화 반응]]
* [[양성자화]]
* [[산화·환원 반응]]

{{전거 통제}}

[[분류:산염기화학| ]]
[[분류:산 (화학)]]
[[분류:염기]]
[[분류:평형화학]]