양쪽성
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1. 개요
양쪽성은 "둘 다"를 의미하는 그리스어에서 유래된 용어로, 산-염기 화학에서 산과 염기 모두로 작용할 수 있는 성질을 나타낸다. 양쪽성 분자는 브뢴스테드-로우리 산-염기 이론에 따라 양성자를 주고받을 수 있으며, 물, 아미노산, 수소탄산염 이온 등이 대표적인 예시이다. 또한, 산화아연, 수산화알루미늄, 수산화베릴륨 등은 용액의 pH에 따라 산 또는 염기로 작용하며, 다양한 금속 산화물과 수산화물도 양쪽성을 나타낼 수 있다. 양쪽성 이온은 산과 염기 모두와 반응하는 이온을 의미하며, 황산수소염 이온이 대표적인 예시이다.
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| 양쪽성 | |
|---|---|
| 지도 정보 | |
| 개요 | |
| 정의 | 산 또는 염기로 모두 작용할 수 있는 화학적 성질 |
| 어원 | 그리스어 "amphoteros"(둘 다)에서 유래 |
| 특징 | 양성자를 주고받을 수 있음 산-염기 반응에서 산 또는 염기로 작용 가능 |
| 주요 예시 | |
| 아미노산 | 아미노기(−NH2)와 카르복실기(−COOH)를 모두 포함 |
| 자기 이온화 | 물과 같은 일부 분자는 스스로 양쪽성으로 작용 |
| 금속 산화물 | 산화 알루미늄(Al2O3) 등 일부 금속 산화물은 양쪽성 성질을 가짐 |
| 작용 메커니즘 | |
| 산 작용 | 염기와 반응하여 양성자를 내놓음 |
| 염기 작용 | 산과 반응하여 양성자를 받음 |
| 화학 반응 | |
| 산과 반응 시 | 염기로 작용 |
| 염기와 반응 시 | 산으로 작용 |
| 추가 정보 | |
| 관련 용어 | 양쪽성 이온, 산염기 화학, 중화 반응 |
| 활용 분야 | 화학, 생화학, 재료 과학 등 다양한 분야에서 활용 |
2. 어원
'''양쪽성'''은 "둘 다"를 의미하는 그리스어 암포테로이/amphoteroiel(ἀμφότεροι)에서 유래되었다. 산-염기 화학에서 관련된 단어로는 '''양색성'''과 '''양색성'''이 있으며, 둘 다 산과 반응하면 한 가지 색을, 염기와 반응하면 다른 색을 나타내는 산-염기 지시약과 같은 물질을 설명한다.[3]
브뢴스테드-로우리 산-염기 이론에 따르면, 산은 양성자 주개이고 염기는 양성자 받개이다.[4] 양쪽성 분자(또는 이온)는 양성자를 주거나 받을 수 있으므로 산 또는 염기로 작용할 수 있다. 물, 아미노산, 수소탄산염 이온(또는 중탄산 이온) HCO3-, 인산이수소염 이온 H2PO4-, 그리고 황산수소염 이온(또는 중황산 이온) HSO4-은 양쪽성 종의 일반적인 예이다. 양성자를 제공할 수 있으므로 모든 양쪽성 물질은 수소 원자를 포함한다. 또한 산 또는 염기처럼 작용할 수 있으므로 양쪽성이다.
3. 양쪽성 분자 (Amphiprotic molecules)
이 외에도 Si, Ti, V, Fe, Co, Ge, Zr, Ag, Sn, Au도 양쪽성 산화물을 만들 수 있다.[8]
3. 1. 양쪽성 분자의 예
물은 염기성 화합물과 반응하여 짝산이 되고 산성 화합물과도 반응하여 짝염기가 되는 양쪽성 화합물의 대표적인 예이다.[5]
염기로 작용할 경우:
:H2O + HCl → H3O+ + Cl−
산으로 작용할 경우:
:H2O + NH3 → NH4+ + OH−
산화 아연(ZnO)은 용매(여기서는 H2O가 용매이다.)의 pH 값에 따라 이온화된다.
산성 용액에서는
:ZnO + 2H+ → Zn2+ + H2O
염기성 용액에서는
:ZnO + H2O + 2OH- → [Zn(OH)4]2-
로 이온화된다.
수산화 알루미늄 역시 양쪽성을 가진다.
염기로 작용할 경우:
:Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O
산으로 작용할 경우:
:Al(OH)3 + NaOH → NaAl(OH)4
수산화베릴륨도 양쪽성을 띈다.
산화납 역시 양쪽성을 띈다.
산화아연은 다음과 같이 양쪽성을 띈다.
이 외에도 Si, Ti, V, Fe, Co, Ge, Zr, Ag, Sn, Au도 양쪽성 산화물을 만들 수 있다.[8]
4. 양쪽성 화합물
양쪽성 화합물은 염기성 화합물과 반응하여 짝산이 되고 산성 화합물과도 반응하여 짝염기가 되는 화합물을 일컫는데, 대표적인 예로 H2O, Al(OH)3 등이 있다.
산화 아연(ZnO)은 용매(여기서는 H2O가 용매이다.)의 pH 값에 따라 이온화된다.
산성 용액에서는
:ZnO + 2H+ → Zn2+ + H2O
염기성 용액에서는
:ZnO + H2O + 2OH- → [Zn(OH)4]2-
와 같이 반응한다.
이러한 반응성은 예를 들어 염기에서 용해되는 아연(II)과 염기에서 용해되지 않는 망간(II)과 같이, 서로 다른 양이온을 분리하는 데 사용될 수 있다.
양쪽성 화합물의 예는 그밖에도 많다. 가장 대표적인 경우가 물이다.
염기:
:H2O + HCl → H3O+ + Cl−
산:
:H2O + NH3 → NH4+ + OH−
수산화 알루미늄 역시 양쪽성을 가진다.
염기:
:Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O
산:
:Al(OH)3 + NaOH → NaAl(OH)4
4. 1. 산화물
양쪽성 화합물은 염기성 화합물과 반응하여 짝산이 되고 산성 화합물과도 반응하여 짝염기가 되는 화합물을 일컫는다. 대표적인 예로 H2O, Al(OH)3 등이 있다.산화 아연(ZnO)는 용매(여기서는 H2O가 용매이다.)의 pH 값에 따라 이온화된다. 산성 용액에서는 ZnO + 2H+ → Zn2+ + H2O 와 같이 반응하고, 염기성 용액에서는 ZnO + H2O + 2OH- → [Zn(OH)4]2- 와 같이 반응한다. 이러한 반응성은 예를 들어 염기에서 용해되는 아연(II)과 염기에서 용해되지 않는 망간(II)과 같이, 서로 다른 양이온을 분리하는 데 사용될 수 있다.
물은 가장 대표적인 양쪽성 화합물이다. 염기로 작용할 때는 H2O + HCl → H3O+ + Cl− 와 같이 반응하고, 산으로 작용할 때는 H2O + NH3 → NH4+ + OH− 와 같이 반응한다.
수산화 알루미늄 역시 양쪽성을 가진다. 염기로 작용할 때는 Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O 와 같이 반응하고, 산으로 작용할 때는 Al(OH)3 + NaOH → NaAl(OH)4 와 같이 반응한다.
산화납(PbO)는 산과 염기 모두와 반응한다.
- PbO + 산(2 HCl) → PbCl2 + H2O
- PbO + 염기(2 NaOH) + H2O → Na2[Pb(OH)4]
산화알루미늄(Al2O3)는 산과 염기 모두와 반응한다.
- Al2O3 + 산(6 HCl) → 2 AlCl3 + 3 H2O
- Al2O3 + 염기(2 NaOH) + 3 H2O → 2 Na[Al(OH)4] (수화된 알루민산나트륨)
산화주석(II)(SnO)는 산과 염기 모두와 반응한다.
- SnO + 산(2 HCl) ⇌ SnCl2 + H2O
- SnO + 염기(4 NaOH) + H2O ⇌ Na4[Sn(OH)6]
이산화바나듐(VO2)는 산과 염기 모두와 반응한다.
- VO2 + 산(2 HCl) → VOCl2 + H2O
- 4 VO2 + 염기(2 NaOH) → Na2V4O9 + H2O
양쪽성 산화물을 형성하는 다른 원소로는 갈륨, 인듐, 스칸듐, 티타늄, 지르코늄, 크로뮴, 철, 코발트, 구리, 은, 금, 저마늄, 안티몬, 비스무트, 베릴륨 및 텔루륨이 있다.
4. 2. 수산화물
양쪽성 화합물은 염기성 화합물과 반응하여 짝산이 되고 산성 화합물과도 반응하여 짝염기가 되는 화합물을 일컫는다. 대표적인 예로 H2O, Al(OH)3 등이 있다.물은 가장 대표적인 양쪽성 화합물이다.
- 염기: H2O + HCl → H3O+ + Cl−
- 산: H2O + NH3 → NH4+ + OH−
산화 아연(ZnO)은 용매(여기서는 H2O)의 pH 값에 따라 반응한다.
- 산성 용액에서는 ZnO + 2H+ → Zn2+ + H2O
- 염기성 용액에서는 ZnO + H2O + 2OH- → [Zn(OH)4]2-
이러한 성질은 서로 다른 양이온의 분리(예: 아연과 망간)에 사용할 수 있다.[8]
수산화 알루미늄(Al(OH)3)도 양쪽성을 가진다.
- 염기: Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O
- 산: Al(OH)3 + NaOH → NaAl(OH)4
수산화베릴륨의 경우, 산과의 반응에서는 Be(OH)2 + 2HCl → BeCl2 + 2H2O, 염기와의 반응에서는 Be(OH)2 + 2NaOH → Na2[Be(OH)4]와 같이 반응한다.[6]
수산화크롬(III)의 경우, 산과의 반응에서는 Cr(OH)3 + 3HCl → CrCl3 + 3H2O, 염기와의 반응에서는 Cr(OH)3 + NaOH → Na[Cr(OH)4]와 같이 반응한다.
산화납(PbO)의 경우, 산과의 반응은 PbO + 2HCl → PbCl2 + H2O, 염기와의 반응은 PbO + Ca(OH)2 +H2O → Ca2+[Pb(OH)4]2-이다.
산화아연은 산과의 반응에서 ZnO + 2HCl → ZnCl2 + H2O, 염기와의 반응에서 ZnO + 2NaOH + H2O → Na22+[Zn(OH)4]2-와 같이 반응한다.
이 외에도 Si, Ti, V, Fe, Co, Ge, Zr, Ag, Sn, Au도 양쪽성 산화물을 만들 수 있다.[8]
5. 양쪽성 이온
이온 중에도 양쪽성을 띠는 물질이 있는데, 이런 이온을 양쪽성 이온이라고 한다.
가장 대표적인 예로 HSO4-가 있다.
HSO4-는 pH 7 이하의 용매 속에서
HSO4- + H+ → H2SO4 (알짜이온 반응식)
로 반응하는데, 여기서 HSO4-는 수소 이온을 받아들였으므로 염기로 작용한다.
pH 7 이상의 용매 속에서는
HSO4- + OH- → SO42- + H2O (알짜이온 반응식)
로 반응하게 되어, 여기서는 HSO4-가 수소 이온을 내보내게 되어 산으로 작용한다.
6. 추가 정보
참조
[1]
참고문헌
amphoteric
[2]
서적
Housecroft 2nd
[3]
서적
Penguin Science Dictionary
Penguin Books
1994
[4]
서적
General chemistry: principles and modern applications
https://archive.org/[...]
Prentice Hall
2002
[5]
서적
Fundamentals of analytical chemistry
https://www.worldcat[...]
[6]
웹사이트
CHEMIX School & Lab - Software for Chemistry Learning
http://webarchive.lo[...]
[7]
참고문헌
amphoteric
[8]
웹사이트
CHEMIX School & Lab - Software for Chemistry Learning
http://home.c2i.net/[...]
2017-09
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