산과 염기의 정의! 변화과정

우리 주변에는 산성과 염기성(알칼리성) 물질이 많습니다. 

예를 들어, 레몬즙과 식초는 산성이며, 비누와 베이킹소다는 염기성입니다.

하지만 과학자들은 단순히 pH 값만으로 산과 염기를 구분하지 않았습니다.

시간이 지나면서 더 넓은 범위를 설명할 수 있도록 개념이 확장되었죠.

오늘은 아레니우스 → 브뤤스테드.로리 → 루이스로 발전해온 산과 염기의 정의를 알아보겠습니다.

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1. 산과 염기성이란 (pH 개념)

pH는 H+(수소이온)의 농도를 기준으로 결정됩니다.

• H+가 많으면 산성 (pH 낮음)
• OH-가 많으면 염기성 (pH 높음)

하지만 pH로는 설명하기 어려운 산과 염기도 존재합니다. 그래서 과학작들은 여러 가지 이론을 통해 산과 염기의 개념을 확장해 왔습니다.

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2. 아레니우스의 정의 (1884년)

"물속에서 H+ 또는 OH-를 내놓느냐가 중요"

스웨덴 과학자 아레니우스(Svante Arrhenius)는 산과 염기를 다음과 같이 정의했습니다.

• 산(Acid) : 물에서 H+(수소이온)을 내놓는 물질  (예 : HCL → H+ + Cl-)
• 염기(Base) : 물에서 OH-(수산화이온)을 내놓는 물질 (예 : NaOH  → Na+ + OH-)

아레니우스 이론의 한계

• 반응이 반드시물(H2O) 속에서 일어나야 함 → 수용액이 아닌 경우 설명 불가
• OH-가 없는 염기(NH3 등)는 설명할 수 없음

이러한 한계를 해결하기 위해 더 발전된 개념이 등장했습니다.

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3. 브뢴스테드-로리의 정의 (1923년)

"H+(양성자)를 주고받는 것이 핵심"

덴마크의 브뢴스테드(Johannes Brønsted)와 영국의 로리(Thomas Lowry)는 산과 염기를 다음과 같이 정의했습니다.

• 산(Acid) : H⁺(양성자)를 주는 물질
• 염기(Base) : H⁺(양성자)를 받는 물질

NH3(암모나아) 문제 해결!

아레니우스 정의로는 NH3가 염기인지 설명할 수 없었지만, 브뤤스테드-로리 개념에서는 설명이 가능합니다.

 

• H₂O(물)이 H⁺를 주는 역할 → 산
• NH₃(암모니아)가 H⁺를 받는 역할 → 염기

즉, 물이 H+를 내놓아 NH3 가 받으면 염기 역할을 한다는 것이죠

브뤤스테드-로리 이론의 장점

• 수용액이 아니어도 적용 가능 → 더 다양한 반응 설명 가능
• OH⁻ 없이도 염기를 정의 가능
• 짝산-짝염기 개념 추가 (산이 H⁺를 내놓으면 짝염기가 되고, 염기가 H⁺를 받으면 짝산이 됨)

하지만 여전히 설명할 수 없는 산과 염기가 있었습니다.

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4. 루이스의 정의 (1923년)

"H+(양성자)가 아니라, 전자쌍을 주고받는 걸로 보자"

같은 해, 미국 화학자 길버트 루이스(Gilbert N. Lewis)는 산과 염기를 더 일반적인 개념으로 확정했습니다.

• 산(Acid): 전자쌍을 받는 물질
• 염기(Base): 전자쌍을 주는 물질

H+가 없어도 산과 염기 설명 가능!

 

• BF₃는 전자쌍이 부족해서 받으려 함 → 루이스 산
• NH₃는 전자쌍을 제공함 → 루이스 염기

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아레니우스 : H⁺와 OH⁻로 설명 (기본적인 pH 개념)
브뢴스테드-로리 : H⁺의 이동으로 더 많은 반응을 설명
루이스 : 전자쌍 개념을 도입해 모든 산-염기 반응을 설명