31_약품분석화학_1.2 화학평형

 

열역학 1법칙은 반응의 열적 입추력 현상을 다루고

열역학 2법칙은 반응의 자발성과 방향성을 결정한다.

 

질량작용의 법칙(law of mass action)이란?

화학 반응에 관여하는 물질의 질량(농도)이 그 평형에 어떻게 작용하는 가를 나타낸 법칙. 화학적 평형상태는 동적평형을 의미하며 정반응과 역반응의 속도가 같다. 평형상수는 정반응속도를 역반응속도로 나눈 것으로 표현될수 있다.

 

Q(the Reaction Quotient; 반응지수)

 

anode(positive electrode) 산화전극, 양극 -> 전자 나오는 쪽.. 양극말고 산화로 외우자

cathode(negative electrode)-> 환원전극, 음극

 

르샤틀리에의 법칙이란?

열역학적 평형계가 외부 작용으로 평형이 깨졌을때, 다시 평형 방향으로 변화하는 것을 것을 말한다.

 

전해질(electrolyte)이란?

물에 녹였을 때 이온화되어 전기 전도성을 갖는 물질. 이온이 전류를 나르는 매게체가 된다.

전해질은 다시 1) 이온 결합으로 되어 있어 순수한 상태에서 이온인 물질. 2) 순수한 상태에서는 이온을 함유하지 않으나 물과 반응하면 이온을 형성하는 물질(암모니아, 염화수소)

 

전해질(electrolytes)의 종류와 예시를 들어보시오.

1)강전해질: 완전히 해리되는 것 -> 강산(염산, 황산, 질산, HBr, HI, HClO4), 강염기(NaOH, KOH,

2)비전해질: 해리 안 하는 것 -> 분자들, 대부분의 유기용매

3)약전해질: 부분적으로 해라하는 것 -> 약산, 약염기

 

전리=해리란?

전해질이 용매에 녹아 이온으로 해리하는 현상을 '전리 또는 해리'라 한다.

또한 수용약 중에 분자와 이온으로 나뉘어 평형상태를 유지하는데 이를 전리평형이라 한다.(ionic equalibrium)

 

전리도(degree of ionization)에 대해 설명하시오. (이온화도라 배운 것)

전리되는 정도를 정량적으로 표현하기 위한 개념. 전체 전해질량 1 대비 전리된 양의 비율로 정의된다.

강전해질일수록, 농도가 묽을수록 전리도가 커진다. -> 강산, 약산의 기준이 된다.

 

전리평형과 이온세기에 대해 설명해보자.

한 전해질의 전리평형상수(ionization constant)는 용액 속에 존재하는 다른 이온(전해질)의 영향 받는다.

예를 들면, NaCl용액 중 아세트산의 전리상수는 NaCl의 농도가 진할 수록 커진다. 이는 해리된 아세트이온을 Na이온이 둘러싸서 유효 음전하를 감소시키고, 궁극적으로는 평형을 이동시키기 때문이다.

이러한 용액 중 이온 세기는 다음과 같이 계산된다.

 

*내재효과(metrix effect)란?

*이온세기(ionic strength)란?

 

활동도(activity, A)란?

이온 농도가 높아지면 이온간의 상호작용에 의해 이온의 활동이 억제되면서, 실제 반응에 유효한 농도는 실제 이온의 농도보다 작은 값을 갖게 된다. 이 유효농도값을 활동도라 하며, 활동도계수*농도로 표현된다.

-> 활동도 계수는 이온세기에 의존한다. 이온 세기의 영향이 없다면 활동도 계수는 1이다.

-무한히 묽은 용액에서 활동도 계수는 1이고 이때 활동도와 농도가 같아진다. (일반적으로 보통 용액에서 활동도 계수는 1보다 작다)

-이온세기가 증가하면 활동도 계수는 감소한다.

-이온 전하수가 같은 경우 이온의 전하가 증가할수록 활동도 계수는 감소한다.

-전하를 갖지 않는 중성분자의 활동도계수는 이온세기에 따라 별로 변하지 않고 1에 머무른다고 본다.

-기체에 대한 활동도는 기체의 분압에 활동도 계수를 곱한 값이며, 대부분의 기체에 대해서도 활동도 계수를 1로 본다.

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활동도 계수는 Debye와 Huckel의 식을 이용해 구할 수 있다. 대표적인 값들은 표로 정리되어 있고 표에 없는 값들은 내삽법을 이용한다.

 

활동도 계수를 1로 간주하는 경우는?

용액 중의 중성분자, 기체, 순수한 용매, 결정체(순수한 고체)

 

열역학적 평형상수란?

활동도로 나타낸 평형상수.

 

산과 염기의 3가지 정의를 설명하시오.

아레니우스

브뢴스테드 로우리

루이스

 

짝산과 짝염기?

삼과 염기의 세기를 비교하는 법? -> 해리상수 비교

 

짝산과 짝염기쌍의 해리상수 간의 관계는?

 

반응형

 

수평화 효과란?

물의 수평화 효과(leveling effect) = 평준화 효과

수용액에서 용매인 물이 H3O+보다 더 센 모든 산의 세기를 H3O+의 세기로 감소시키며, OH-보다 더 센 염기의 세기를 OH-의 세기로 감소시키는 것.

-어떤 용매에서 산과 염기의 세기를 결정하는 것은 그 용매의 고유한 특성이다.

-예를 들어 HClO4, HCl 등의 강산은 각각 고유의 산성도를 갖고 있지만, 모두 0.1M 수용액에서 0.1M H3O+용액과 동일한 산성도를 보인다.

 

물의 자체이온화(self-ionization) = 자기해리(autoprotolysis)?

물 분자의 극히 일부분이 이온화 되는 것을 말한다. 만들어진 수소이온과 수산화이온에 의해 매우 조금이지만 전기가 흐르게 된다.

 

Kw란?

물의 이온곱(ionic product)라 부르며 물의 자체 이온화 반응 상수 K에 해리하지 않는 분자상태의 물의 농도 55.5를 곱한 값이다. 순수한 물뿐만 아니라 산이나 염기가 공존하는 상황에서도 일정한 값을 갖는다.

Kw=K * 55.5 =[H+][OH-] -> 25도씨에서 10^-14

-> 엄밀하게는 이 식도 활동도를 도입하여 표현하는 것이 더 정확하다.

 

수소이온지수(hydrogen ion exponent; pH)란?

수소이온 농도를 표현하는 방식 중 하나이다. 수소이온 농도의 -log값.

-> 농도 대신 활동도를 사용해보자!

 

pH값이 마이너스도 가능한가?

가능하다.

높은 이온 세기에서 활동도 계수는 1보다 크므로, 12mol/L 염산의 pH는 약 -2.8이 된다.

 

지시약의 색 변화를 육안으로 분명하게 인식할 수 있으려면 [HIn]과 [In-]의 농도비 차이가 10배 이상이어야 한다..

 

전하균형의 법칙?

용액은 전기적으로 중성이어야 하므로 +charge를 띤 화학종의 총합과 -charge를 띤 화학종의 총합은 같아야한다.

 

질량균형의 법칙?

 

약산과 약염기 수용액에서 사용하는 근사식에 대해 설명해보시오.

근사 불가능한 경우 1)전하균형, 2)질량균형식 을 사용해서 풀기.

*내가 원래 풀던 풀이로도 답 나오지만 공부하는 과정이니까 풀이과정을 써보는 게 중요하다. 예제 1-4반복연습!

 

산염기 평형 -> 문제상황부터 정확히 파악한 후 접근하기

 

평형식의 체계적인 계산법 순서를 외워보자.

1) 존재하는 모든 평형식을 쓴다.

2) 평형식에 대한 평형상수식을 쓴다.

3) 질량균형식을 쓴다.

4) 전하균형식을 쓴다.

5) 미지항의 수와 식의 개수를 비교한다. 미지항의 수와 식의 개수는 같아야한다.

6) 수식을 푼다.

 

다양자성산 또는 다양자성염기란?

2개 이상의 양성자를 주거나 받을 수 있는 산 또는 염기

*

대부분의 다양자성 산 수용액의 제 2단계 이하의 해리는 1단계 해리와 비교할 때 무시할 수 있을 정도로 작은데, 그 이유는 이미 음으로 대전되어 있는 이온으로부터 다시 수소이온을 방출하는데에는 보다 큰 에너지가 필요하기 때문이다.

-> 평형상태에서 수소 이온의 농도는 제 1단계 해리가 지배한다.

 

이양성자성 약산(H2A) 용액에서 [H+], [A2-]에 대해 설명해보시오.

 

농도 C인 NaHA 수용액에서 [H+]에 대한 식 세워보자.

 

zwitter ion이란?

아미노산의 카복실기에서 수소이온이 해리하고, 아미노기에는 수소이온이 결합하여 양쪽성 이온 상태가 된 것을 지칭한다.

 

등전점(isoelectric point; PI) 이란?

분자 내 평균전하가 0이 되는 pH를 의미한다. 한 분자 내에 +와 -작용기가 공존하는 아미노산 같은 다양자성산 또는 염기에서 존재한다.

 

 

*산염기 평형문제에서

문제 조건만으로도 근사가 가능하단 것을 판단할 수 있다는 점 인지하자.

근사시에 전리도 식 쓰는 형식 기억하자

charge balance, mass balance 식 쓸때 구경꾼 이온 안 쓰는 습관있음. 써야함!