강산

3. 강산 용액의 pH 계산

강산은 물에 녹아 거의 100% 해리되어 수소 이온(H⁺)을 생성한다. 따라서 강산 용액의 pH는 수소 이온 농도([H⁺])를 이용하여 계산할 수 있다.^[2]

강산(HA) x M 수용액에서, HA는 거의 100% H⁺와 A⁻로 해리되므로, 해리된 [H⁺]는 x M이다. 물의 자동 이온화에 의한 [H⁺]는 1.0×10⁻⁷ M로 매우 작아 무시할 수 있다. 따라서, pH = -log([H⁺])를 이용하여 pH를 구한다.

순수한 물에 강산을 넣어 농도 C의 강산 수용액을 만들었을 때, 수용액 중의 강산은 모두 해리되었다고 가정하면,

:$\backslash ,[\backslash mathrm\{A\}^-]\; =\; C$ 가 성립한다.

3. 1. 산 농도가 높은 경우

3. 2. 산 농도가 낮은 경우

4. 강산의 종류

일반적으로 황산, 질산, 염산, 브로민화 수소산, 아이오딘화 수소산, 과염소산, 염소산 등이 강산에 속한다. 황산은 첫 번째 해리만 거의 100% 진행된다. 불산은 약산으로 분류되지만, 순수한 농도에서는 다른 강산보다 더 강한 산성도를 가질 수 있다.

옥소산 XOₘ(OH)ₙ에서 m-n>2인 경우, 폴링의 경험 법칙에 따라 대체로 강산이 된다. 이는 산소 원자의 유도 효과 때문이다. 플루오로착물의 유리산 또한 음이온에 대한 프로톤 친화력이 매우 약해 대부분 강산이다.

4. 1. 무기산

5. 짝산으로서의 강산

염기 B가 양성자를 받아 생성된 짝산 BH⁺의 산 해리 상수는 염기 해리 상수와 반비례 관계가 있으며, 염기가 약할수록 그 짝산은 강한 산이 된다.^[1]

:$K\_a\; =\; \backslash frac\{K\_w\}\; \{K\_b\}$

예를 들어 매우 약한 염기인 포스핀의 짝산은 강산이며, 초강산과 같은 강산성 매질에서 양성자화된다.^[1]

:PH4+ + H2O <=> H3O+ + PH3 , pKa = -12

금속 수산화물의 짝산 즉, 수화 금속 이온(아쿠아 이온)에서 전하 ''z''가 크고 이온 반지름 ''r''이 작을수록 강산이 된다.^[1] 희유 기체 전자 배치를 가진 금속 이온의 경우 pKa는 ''z''²/''r''과 거의 직선 관계에 있다.^[1]

예를 들어, 4가의 지르코늄 이온 Zr⁴⁺(aq)의 경우 pKa는 약 0.2이며, 강산성 수용액에서도 가수분해한다.^[1]

:M(H2O)_{m}^{n+}(aq)\ <=>\ H+(aq) + M(OH)(H2O)_{m-1}^{(n-1){+}}(aq)

6. 비수용매에서의 강산

수용액에서의 산 해리 평형 개념은 비수용매에서도 적용되며, 산 HA가 용매 S에서 아래의 평형이 현저하게 오른쪽으로 치우쳐 리오늄 이온 HS⁺을 정량적으로 생성하는 경우, 산 HA는 용매 S에서 강산이라고 표현한다.

:HA + S <=> HS+ + A⁻

이러한 산 해리 평형은 용매의 프로톤 수용성 및 유전율 등에 따라 결정된다.

예를 들어, 수용액에서 약산인 아세트산도 액체 암모니아에서는 강산으로 작용한다.

:CH₃COOH + NH₃ <=> NH₄⁺ + CH₃COO⁻

7. 초강산 (Superacid)

100% 황산보다 강한 산성 매질을 초산(超酸)이라고 한다.

참조

_[1] 문서 산 목록 (화학)
_[2] 문서 산 해리 상수에 대한 설명