산·염기 정의 (Arrhenius·Brønsted·Lewis)
산·염기의 정의는 3가지로 발전해왔어요. ① Arrhenius (초기): 산 = H⁺ 내놓음·염기 = OH⁻ 내놓음. 한계: 수용액에서만 적용·NH₃ 같은 염기 설명 X. ② Brønsted-Lowry (현대 표준): 산 = H⁺ 주는 물질 (양성자 주개)·염기 = H⁺ 받는 물질 (양성자 받개). NH₃ + H₂O → NH₄⁺ + OH⁻ (H₂O = 산·NH₃ = 염기). ③ Lewis (가장 일반화): 산 = 전자쌍 받음·염기 = 전자쌍 줌. 비수용액·금속 이온 반응에 적용. ④ 짝산-짝염기: 산 ↔ 짝염기 (산이 H⁺ 잃은 것)·염기 ↔ 짝산 (염기가 H⁺ 받은 것). 예: HCl/Cl⁻·H₂O/OH⁻·NH₄⁺/NH₃. ⑤ 강산 (HCl·HBr·HI·HNO₃·H₂SO₄·HClO₄·완전 이온화) vs 약산 (CH₃COOH·HF·H₂CO₃·부분 이온화). ⑥ 강염기 (1·2족 수산화물 NaOH·KOH·Ca(OH)₂) vs 약염기 (NH₃·아민). 빈출 함정: H₂O는 산·염기 둘 다 가능 (양쪽성)·짝산-짝염기 관계 정확히 짝짓기. 1:1 과외에서 정리 필수예요.
pH·pOH (이온곱 상수 Kw)
pH는 산성·염기성의 정량적 척도예요. ① pH = -log[H⁺]. pOH = -log[OH⁻]. ② 25°C 순수에서 [H⁺] = [OH⁻] = 10⁻⁷ M → pH = 7 (중성). ③ pH < 7 산성 (예: 위산 pH 1~2·식초 pH 3)·pH > 7 염기성 (예: 비누 pH 9~10·암모니아수 pH 11). ④ 이온곱 상수 Kw = [H⁺][OH⁻] = 10⁻¹⁴ (25°C). ⑤ pH + pOH = 14 (25°C). ⑥ 강산·강염기는 완전 이온화 → [H⁺] = [산 농도]. 약산·약염기는 부분 이온화 → 이온화 상수 (Ka·Kb) 사용. ⑦ Ka·Kb 관계: Ka × Kb = Kw (짝산·짝염기 관계). ⑧ pKa = -log Ka. pKa 작을수록 강한 산. ⑨ 빈출 계산: HCl 0.01 M → pH = 2·NaOH 0.001 M → pOH = 3 → pH = 11. 약산은 Ka 사용 (CH₃COOH 0.1M·Ka = 1.8 × 10⁻⁵ → [H⁺] = √(0.1 × 1.8 × 10⁻⁵) = 1.3 × 10⁻³ → pH = 2.87). 빈출 함정: 약산 pH 계산 시 근사 가능 조건·온도에 따라 Kw 변화 (37°C → Kw = 2.5 × 10⁻¹⁴). 1:1 과외에서 계산 첨삭이 답이에요.
중화 반응 (당량점·적정·지시약)
중화 반응은 산과 염기가 만나 물과 염을 만드는 반응이에요. ① 일반식: 산 + 염기 → 염 + 물. 예: HCl + NaOH → NaCl + H₂O. ② 알짜 이온 반응식 (강산·강염기): H⁺ + OH⁻ → H₂O. ③ 당량점 (Equivalence point): 산의 H⁺ 몰수 = 염기의 OH⁻ 몰수. n_산 × V_산 = n_염기 × V_염기 (n = 가수). 예: 0.1 M HCl 100mL + 0.1 M NaOH ?mL → 100mL (1가산 + 1가염기). 2가산 + 1가염기 → 부피 2배. ④ 적정 (Titration): 농도 미지의 산 (또는 염기)에 농도 기지의 염기 (또는 산)를 가해 농도 측정. ⑤ 지시약: 페놀프탈레인 (pH 8.3~10·무색→분홍·강산·강염기 적정)·메틸오렌지 (pH 3.1~4.4·빨강→노랑·강산·약염기 적정). ⑥ 적정 곡선: 강산·강염기 (당량점 pH 7)·강산·약염기 (당량점 pH < 7·짝산 가수분해)·약산·강염기 (당량점 pH > 7·짝염기 가수분해). 빈출 함정: 당량점 ≠ 중성 (강산·약염기는 산성)·지시약 선택 (적정 pH에 맞춰). 1:1 첨삭이 답이에요.
완충 용액 (약산 + 짝염기·생체 응용)
완충 용액은 산·염기 추가에도 pH 변화 최소화하는 용액이에요. ① 구성: 약산 + 짝염기 (CH₃COOH + CH₃COO⁻)·약염기 + 짝산 (NH₃ + NH₄⁺). ② 작동 원리: 산 추가 → 짝염기가 흡수·염기 추가 → 약산이 흡수. ③ Henderson-Hasselbalch 식: pH = pKa + log([짝염기]/[산]). ④ 효과적인 완충 범위: pKa ± 1. ⑤ 생체 완충계: (1) 혈액 H₂CO₃/HCO₃⁻ (pH 7.35~7.45·정상 범위 좁음). (2) 인산염 H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻ (세포내). (3) 헤모글로빈·단백질 (다중 완충). ⑥ 응용: 위장약 (제산제·약산 위산 중화)·산성비 (탄산염 토양이 완충 역할)·산업·실험 (pH 일정 유지). 빈출 함정: 강산·강염기 혼합은 완충 X (약산·약염기 필수)·완충 용량 (산·염기 너무 많이 추가하면 완충 X)·생체 pH 변화의 위험성 (혈액 pH 7.1 → 산증·7.7 → 알칼리증). 1:1 과외에서 Henderson-Hasselbalch 첨삭이 결정적이에요.