브뢴스테드-로우리 산염기 이론

3. 아레니우스 및 루이스 정의와의 비교

아레니우스 정의는 수용액에서 해리되어 수소 이온(H⁺) 또는 수산화 이온(OH^-)을 내놓는 물질로 산과 염기를 정의한다. 반면 루이스 정의는 전자쌍을 주고받는 물질로 산과 염기를 정의한다. 브뢴스테드-로우리 정의는 양성자(H⁺)를 주고받는 물질로 산과 염기를 정의하여, 아레니우스 정의보다는 넓고 루이스 정의보다는 좁은 범위를 가진다.^[21][13][14]

브뢴스테드-로우리 정의는 아레니우스 정의의 한계를 극복했지만, 양성자가 존재하지 않는 산과 염기를 설명하지 못하는 한계가 있다. 이 부분은 루이스 산-염기 이론을 통해 설명할 수 있다.^[22]

알루미늄 이온(Al³⁺)과 같이 일부 루이스 산은 브뢴스테드-로우리 산으로 작용하기도 하지만, 마그네슘 이온(Mg²⁺)처럼 그렇지 않은 경우도 있다.^[15]

3. 1. 아레니우스 정의와의 비교

3. 2. 루이스 정의와의 비교

4. 브뢴스테드-로우리 산-염기의 예시

브뢴스테드-로우리 산-염기 모델은 다양한 화학 반응에서 산과 염기를 이해하는 데 유용하다. 이 모델은 수용액에서의 반응뿐만 아니라 비수용액 및 기체 상태에서의 반응까지 포괄한다. 이러한 반응 예시는 하위 섹션에서 확인할 수 있다.

브뢴스테드-로우리 이론의 핵심은 산과 염기가 상대적이라는 것이다. 즉, 어떤 물질이 산으로 작용하면 양성자를 내놓고, 염기는 반드시 양성자를 받는다. 짝염기는 양성자를 잃은 후의 이온 또는 분자이며, 짝산은 염기가 양성자를 받은 후의 화학종이다. 반응은 정반응과 역반응 모두 일어날 수 있으며, 항상 산은 염기에게 양성자를 제공한다.

염산처럼 강산은 양성자가 완전히 분리되지만, 아세트산과 같은 약산은 일부분만 분리된다. 산 해리 상수 ()는 산의 세기를 나타내는 정량적인 지표이다.

무기산, 술폰산, 인산, 탄산, 아민, 카바니온, 1,3-디케톤(아세틸아세톤, 아세토초산 에틸, 멜드럼산) 등 다양한 물질이 브뢴스테드-로우리 정의에 따라 분류될 수 있다.

4. 1. 수용액에서의 반응

4. 2. 비수용액에서의 반응

4. 3. 기체 반응

5. 산과 염기의 세기

물질이 산으로 작용하면 양성자를 공여하고, 염기는 양성자를 수용한다. 브뢴스테드-로우리 산-염기 반응은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

: 산 + 염기 짝염기 + 짝산

짝염기는 양성자를 잃은 후의 이온 또는 분자이며, 짝산은 염기로부터 양성자를 수용한 후의 화학종이다. 이 반응은 정반응과 역반응 모두 일어날 수 있으며, 산은 염기에 양성자를 공여한다.

물은 양쪽성 물질로, 산과 염기 양쪽으로 작용할 수 있다. 아세트산과 반응할 때는 염기로 작용하여 아세트산 이온(CH3CO2^-)을 짝염기로, 히드로늄 이온(H3O^+)을 짝산으로 생성한다. 반면 암모니아와 반응할 때는 산으로 작용하여 수산화 이온(OH^-)을 짝염기로, 암모늄 이온(NH4^+)을 짝산으로 생성한다.

염산과 같은 강산은 양성자가 완전히 분리되는 반면, 아세트산과 같은 약산은 일부분만 분리된다. 산 해리 상수는 산의 세기를 정량적으로 나타내는 지표 중 하나이다.

무기산, 술폰산, 인산, 탄산, 아민, 카바니온, 1,3-디케톤(아세틸아세톤, 아세토초산 에틸, 멜드럼산) 등 다양한 물질이 브뢴스테드-로우리 산-염기로 분류될 수 있다.

루이스 염기는 전자쌍을 양성자에 공여할 수 있으므로 브뢴스테드 염기로 작용할 수 있다. 이는 브뢴스테드-로우리 개념이 수용액에만 국한되지 않음을 보여준다. 다이메틸 설폭사이드나 액체 암모니아와 같은 공여체 용매는 산소 또는 질소 원자의 고립 전자쌍을 통해 양성자와 결합을 형성할 수 있다.

몇몇 루이스 산(전자쌍 받게)은 브뢴스테드 산으로 작용한다. 예를 들어, 알루미늄 이온(Al^{3+})은 물과 반응하여 아쿠아 이온(Al(H2O)6^{3+})을 형성하고, 이는 약한 브뢴스테드 산으로 작용한다.

5. 1. 산 해리 상수 (Ka)

6. 한계 및 확장

럭스-플러드 이론에 따르면, 고체 상태의 MgO 및 SiO₂와 같은 산화물은 산 또는 염기라고 불릴 수 있다. 예를 들어, 광물 감람석은 염기성 산화물인 MgO와 산성 산화물인 이산화 규소(SiO₂)의 화합물로 알려질 수 있다. 이는 지구화학에서 중요하다.

6. 1. 양성자를 포함하지 않는 산-염기 반응

7. 한국 사회에의 적용 및 의의

주어진 원본 소스가 없으므로 브뢴스테드-로우리 산염기 이론은 화학 이론이며, 한국 사회에 직접 적용되거나 특정한 의의를 갖는다고 보기 어렵습니다. 따라서 이 섹션에 작성할 내용은 없습니다.

참조

_[1] 웹사이트 Brønsted–Lowry theory {{!}} chemistry https://www.britanni[...] 2021-03-07
_[2] 논문 Einige Bemerkungen über den Begriff der Säuren und Basen
_[3] 논문 The uniqueness of hydrogen https://archive.org/[...]
_[4] 서적 The Basics of Chemistry https://archive.org/[...] Greenwood Publishing Group 2003
_[5] 서적 Chemistry: Principles and Reactions https://books.google[...] Cengage Learning 2011
_[6] 서적 General Chemistry, Enhanced Edition https://books.google[...] Cengage Learning 2010
_[7] 서적 Chemistry https://books.google[...] Cengage Learning 2013
_[8] 서적 Acids and Bases https://books.google[...] Infobase Publishing 2009
_[9] 서적 Inorganic Chemistry in Non-Aqueous Solvents Pergamon Press 1965
_[10] 웹사이트 Bordwell pKa Table (Acidity in DMSO) http://www.chem.wisc[...] Department of Chemistry, University of Wisconsin, U.S. 2008-11-02
_[11] 서적 March's advanced organic chemistry: reactions, mechanisms, and structure Wiley 2001
_[12] 서적 Non-Aqueous Solvent Systems Academic Press 1965
_[13] 문서 Miessler, G. L., Tarr, D. A., (1991) "''Inorganic Chemistry''" 2nd ed. Pearson Prentice-Hall pp. 170–172
_[14] 논문 Systems of Acids and Bases 1940-03
_[15] 논문 Equilibria in the System Boron Trifluoride—Water at 25° https://pubs.acs.org[...] 1951-01-01
_[16] 서적 Housecroft2nd
_[17] 서적 The Nature of the Chemical Bond https://archive.org/[...] Cornell University Press 1960
_[18] 문서 R.H. Petrucci, W.S. Harwood, and F.G. Herring, General Chemistry (8th edn, Prentice-Hall 2002), p.666
_[19] 문서 G.L. Miessler and D.A. Tarr, Inorganic Chemistry (2nd edn, Prentice-Hall 1998), p.154
_[20] 웹인용 브뢴스테드-로우리의 산 염기 정의 https://terms.naver.[...] 2022-02-08
_[21] 서적 줌달 화학
_[22] 서적 줌달 화학