산과 염기의 성질 정리: 특징, 화학 반응, 지시약 색 변화까지

 

 

 

세상에 많은 물질은 산과 염기성을 가지고 있습니다.

산성은 금속을 부식시키며, 염기성은 단백질을 녹이는 성질이 있는데 이 둘은 서로 만나면 반응하여 중화됩니다.

중화반응은 자연에서 상온에서도 꽤 빠른 속도로 일어나는 반응이라 쓸모가 많습니다.

오늘은 산과 염기에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

 

1. 산(Acid)

 

산은 물에 녹아서 수소이온(H⁺)을 내놓는 물질입니다.

일반적으로 신맛이 나고, 산이 녹아 있는 물은 금속을 녹이는 효과가 있습니다.

염기와 만나서 염과 물을 내어놓고 중화되는 성질을 가지고 있습니다.

 

그림 : 산

 

 

 

< 대표적인 산의 예 > 

 

이름	화학식	구성
염산	HCl	H⁺ + Cl⁻
황산	H₂SO₄	2H⁺ + (SO4)²⁻
질산	HNO₃	H⁺ + (NO3)⁻
탄산	H₂CO₃	2H⁺ + (CO3)²⁻
아세트산	CH₃COOH	H⁺ + (CH3COO)⁻
인산	H₃PO₄	3H⁺ + (PO4)³⁻

 

 

 

산은 분자상태로 존재할 수도 있고 물에 녹아 이온상태로 존재할 수 있으며 공통적인 성질을 나타냅니다.

이런 산들이 가지는 공통적인 성질을 산성이라고 합니다.

 

• 신맛 : 레몬이랑 식초 같은 신맛이 납니다. 다만 위험하니 시약을 먹지는 맙시다.
• 금속과의 반응 : 수용액 상태의 산은 철, 아연, 마그네슘 같은 일부 금속과 반응하여 수소기체(H₂)를 발생시키고 금속은 녹습니다.
  Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂
  (구리, 금, 은 같이 수소보다 반응성이 낮은 물질과는 반응하지 않습니다.)
• 탄산칼슘과의 반응 : 석회석이나 달걀의 껍데기 같은 탄산칼슘과 만나면 반응하여 이산화탄소(CO₂) 기체를 발생시킵니다.
  CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂
• 전기전도성 : 산은 물에 녹아 수소이온(H+)와 다른 음이온을 발생시켜 전기가 흐르는 전해질 상태를 만듭니다.
• 지시약 : 푸른색 리트머스 종이를 붉게 변화시킵니다.
                BTB 용액은 노란색, 페놀프탈레인 용액은 무색, 메틸 오렌지는 빨간색으로 만듭니다.

※ 메탄(CH4)이나 과산화 수소(H2O2)처럼 물에 녹아도 수소(H⁺)를 내어놓지 않으면 산이 아닙니다

 

그림 : 산의 특성

 

 

 

< 산성을 이루는 요소 >

 

산은 물에 녹아 수소이온(H⁺)를 발생시키는 성질을 가지고 있는데요 이것이 산성에 핵심입니다.

푸른색 리트머스 종이 양쪽에 전극을 연결하고 질산칼륨(KNO₃) 수용액에 적셔두면 전기가 흐르기 쉬워집니다.

상태에서 중간에 염산을 떨어트립니다.

전기를 연결하면 붉은색으로 변한 산성 부분이 (-) 극으로 이동하는 것을 확인할 수 있습니다.

산성의 성질은 H⁺가 결정하기 때문에 음극에 끌리는 성질을 가집니다.

 

그림 : 산성의 이동

 

 

 

2. 염기

 

염기는 물에 녹아서 수산화 이온(OH-)을 내놓는 물질입니다.

단백질을 녹이는 성질이 있어 만지면 미끌미끌한 느낌을 줍니다.

산과 만나서 염과 물을 내어놓고 중화되는 성질을 가지고 있습니다.

 

그림 : 염기

 

 

< 대표적인 산의 예 > 

 

이름	화학식	구성
수산화나트륨	NaOH	Na⁺ + (OH)⁻
수산화칼륨	KOH	K⁺ + (OH)⁻
수산화칼슘	Ca(OH)₂	Ca²⁺ + 2(OH)⁻
수산화마그네슘	Mg(OH)₂	Mg²⁺ + 2(OH)⁻
수산화알루미늄	Al(OH)₃	Al³⁺ + 3(OH)⁻
암모니아	NH₃+H₂O	NH₄⁺ + (OH)⁻

 

 

염기는 분자상태로 존재할 수도 있고 물에 녹아 이온상태로 존재할 수 있으며 공통적인 성질을 나타냅니다.

이런 염기의 공통적인 성질을 염기성이라고 합니다. 

 

• 쓴맛 : 비누가 입에 닿았을 때 처럼 쓴맛이 납니다.
• 단백질을 녹이는 성질 : 단백질을 녹이는 성질 때문에 피부에 닿으면 미끌미끌 거립니다.
• 금속과의 반응 : 마그네슘(Mg)과 철(Fe)과는 반응하지 않지만 알루미늄(Al)과 아연(Zn)등은 염기와 반응합니다.
• 전기전도성 : 물에 녹아 수산화 이온(OH-)과 다른 양이온을 발생시켜 전기가 흐르는 전해질 상태를 만듭니다.
• 지시약 : 붉은색 리트머스 종이를 푸르게 변화시킨다.
               BTB용액은 파란색, 페놀프탈레인 용액은 붉은색, 메틸 오렌지 용액은 노란색이 됩니다.

 

※ 에탄올(C₂H₅OH)처럼 OH는 확인되지만 물에 녹아도 수산화이온(OH-)을 내어놓지 않으면 염기가 아닙니다.

 

그림 : 염기성의 성질

 

 

< 염기를 이루는 요소 >

 

염기는 공통적으로 수산화이온(OH⁻)을 나타내기 때문에 (OH⁻)의 확인이 중요합니다.

붉은색 리트머스 종이 양쪽에 전극을 연결하고 질산칼륨(KNO₃) 수용액에 적셔두면 전기가 흐르기 쉬워집니다.

상태에서 중간에 수산화나트륨(NaOH)을 떨어트립니다.

전기를 흘리면 푸른색으로 변한 염기성 부분이 (+) 극으로 이동하는 것을 확인할 수 있습니다.

염기성의 성질은 (OH⁻)가 결정하기 때문에 양극에 끌리는 성질을 가집니다.

 

그림 : 염기성 실험

 

 

 

3. pH와 산염기의 확인방법(지시약)

 

산성과 염기성에는 강약이 있는데 이것을 나타내는 것이 pH라고 부르는 수소 이온 농도 지수입니다. 

수용액 속에 들어있는 수소이온(H+)의 농도를 나타낸 값으로 용액의 산성과 염기성의 세기를 나타낼 수 있습니다.

pH는 일반적으로 0 ~ 14의 값을 가지며 7을 중성, 값이 작으면 산성이고 크면 염기성을 가진다고 합니다.

주변에서 잘 찾아볼 수 있는 예시로는

 

그림 : pH 지수와 대표물질

 

우리는 산성과 염기성의 정도를 알고 싶을 때 사용하는 도구들을 지시약이라고 합니다. 

여러 가지 방법이 있지만 약물에 넣어 색이 변하는 것을 보는 것이 가장 빠르고 쉬운 관측방법입니다. 

 

그림 : pH 지시약의 색 변화

 

 

 

< 붉은 양배추 검사법 > 

 

자연에도 지시약처럼 사용할 수 있는 물질들이 조금 있습니다.

붉은 양배추를 잘라 뜨거운 물에 우린 물은 용액으로 사용할 수 있습니다.

여기에 산성, 염기성 물질을 넣으면 색상이 변하는데요

원래는 중성으로 보라색을 띠다 산성이 들어가면 세기에 따라 보라색 → 붉은색으로 변합니다.

또 염기를 넣으면 세기에 따라 푸른색 → 초록빛을 띠게 되고 더 강하면 노란색으로 변해집니다.

 

 

산과 염기의 특성