강산(Strong acid)의 정의와 종류

강산의 정의와 종류

강산의 정의와 종류

 

강산과 약산의 차이

 

수용액 상에서 완전히 해리되거나 이온화 산을 강산이라고 합니다. 즉 효율적으로 양성자인 H+를 내어놓을 수 있는 화학물질이라는 뜻입니다. 강산은 수용액 안에서 양성자를 잃고 주위의 물분자에 의해 포집되며 하이드로늄 이온을 형성합니다. 그 과정은 아래와 같습니다.

 

HA (aq) + H₂O → H₃O⁺ (aq) + A^- (aq)

 

이양성자 및 다양성자 산은 하나 이상의 양성자를 줄 수 있습니다. 하지만 "강산"의 pKa값과 반응은 단지 첫번째로 내어놓은 양성자만 고려합니다. 대체로 강산은 작은 pKa, 즉 큰 Ka를 갖는 것이 특징입니다.

 

대부분의 강산은 부식성이 높은 경우가 많지만 의외로 일부 초강산은 부식성이 높지 않은 경우가 많습니다. 이와 반대로, 약산임에도 불구하고 굉장히 부식성이 높은 경우(예 : 불산)도 있을 수 있습니다.

 

보통 산의 농도가 증가하면 해리 능력이 감소합니다. 일반적인 수용액 조건에서 강산은 거의 완전히 해리되지만 높은 농도로 농축된 산 용액은 해리도가 감소합니다.

 

강산의 종류와 예

 

약산에는 굉장히 많은 종류가 있지만 강산의 경우 그 종류가 많지 않습니다. 사실 강산이라는 것의 정의는 일부 화학자들에 따라 조금씩 다르지만 우리가 일반적으로 강산이라고 부르는 물질은 아래와 같습니다.

 

 HCl (염산)

 H₂SO₄ (황산)

 HNO₃ (질산)

 HBr (브로민화 수소산)

 HClO₄ (과염소산)

 HI (아이오딘화 수소산)

CH₃C₆H₄SO₃H (p-톨루엔설폰산, 유기 수용성 강산)

CH₃SO₃H (메탄 설폰산, 액체 유기 강산)

 

조금 더 넓은 범위에서 양성자를 제공하는 능력을 산의 세기를 결정하는 기준으로 사용된다면, 강산은 다음과 같습니다.

 

H[SbF₆] (플루오로안티몬산) - 가장 강력한 초강산

FSO₃H/SbF₅ (1:1 혼합 용액, 일명 마법산)

H(CHB₁₁Cl₁₁) (카보레인산)

FSO₃H (플루오로 설폰산)

CF₃SO₃H (트리플산)

 

이들은 "초강산(Superacid)"이며, 이는 100%의 황산보다 더 산성인 산으로 정의됩니다. 초강산은 영구적으로 물을 양성자화(protonate)합니다.

 

산의 세기를 결정하는 요인

 

강산은 왜 잘 해리되는지 또는 왜 약산이 완전히 이온화되지 않는지는 아래와 같은 몇 가지 요인과 관련이 있습니다.

 

원자 반경

 

원자 반경이 증가함에 따라 산의 세기는 증가합니다. 예를 들어, HI는 HCl보다 강한 산입니다. (아이오딘 또는 요오드는 염소보다 큰 원자임)

 

전기음성도

 

주기율표의 같은 주기에서 짝염기(A^-)의 전기음성도가 높을수록 산의 세기는 증가합니다.

 

전하

 

원자의 전하가 더 많은 양전하를 가질수록 산의 세기가 증가합니다. 다시 말해, 음전하를 가진 화학종보다 중성의 화학종에서 양성자를 얻는 것이 더 쉽다는 뜻입니다.

 

평형

 

산이 해리되면, 짝염기와 화학적 평형에 도달합니다. 강산의 경우, 화학평형은 생성물을 많이 만드는 방향을 선호합니다. 따라서 화학 방정식의 오른쪽에 있습니다. 강산의 짝염기는 염기로서 물보다 훨씬 약한 세기를 가집니다.

 

용매

 

대부분 산을 사용할 때에는 물을 용매로 사용하는 환경에서 산의 특징을 고려합니다. 하지만 산성과 염기성의 개념은 비수용성 용매에서도 의미가 있습니다. 예를 들어, 아세트산의 수용액은 약한 산으로 취급되지만 액체 암모니아에서 아세트산은 완전히 이온화되어 강한 산으로 취급될 수 있습니다.

 

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