산염기 반응과 중화반응의 차이점

화학을 공부하다 보면 산염기 반응(acid-base reaction)과 중화 반응(neutralization reaction)이라는 용어가 구분되어 등장을 하는 경우가 더러 있는데, 이를 혼재해서 사용하는 경우도 간혹 보여서 이것이 어떠한 차이가 있는지를 정리해 보겠습니다.

 

강산과 강염기, 약산과 약염기

우선 산염기 반응과 중화반응의 차이점이라는 개념을 조금 정리하기에 앞서 강산과 강염기에 대해서 한번 알아보면 좋을 것 같습니다. 산과 염기의 정의를 한번 떠올려 보면 물에 용해될 때, 즉 수용액을 형성할 때 수소 이온(H+)을 내어 놓느냐(H+ donor), 아니면 수산화 이온(OH-)을 내어 놓느냐(OH- donor)로 구분하는 아레니우스의 산염기 정의와 양성자(H+)를 내어 놓느냐(H+ donor), 아니면 양성자(H+)를 받느냐(H+ acceptor)로 구분하는 브뢴스테드-로우리의 정의를 생각해 볼 수 있는데요, (일단 루이스의 산염기 정의는 차치하고) 여기서 해당 정의를 고려할 때 강하냐 약하냐를 결정할 수 있는 것은 수용액에서 얼마나 많은 이온화가 진행될 수 있는가가 포인트가 될 것입니다. 이온화가 많이 될수록 수소 이온, 즉 양성자를 많이 내어놓을 테니까 말이죠. 그렇기 때문에 아래와 같이 강산과 약산, 강염기와 약염기를 아래와 같이 분류하게 됩니다.

 

• 강산(Strong acid) : 수용액에서 거의 100% 이온화가 되는 산
• 약산(Weak acid) : 수용액에서 이온화도가 5% 이하인 산
• 강염기(Strong base) : 수용액에서 거의 100% 이온화가 되는 염기
• 약염기(Weak base) : 수용액에서 이온화도가 5% 이하인 염기

 

대표적인 강산과 강염기는 아래와 같으니 참고하시면 되겠습니다. 아래를 제외한 산과 염기는 거의 대부분이 약산, 약염기라고 간주하여도 무방합니다.

 

강산 (Strong Acids)	HCl(Hydrochloric acid, 염산), H2SO4(Sulfuric acid, 황산), HNO3(Nitric acid, 질산), HClO4(Perchloric acid, 과염소산), HI(Hydroiodic acid, 아이오딘화 수소), HBr(Hydrobromic acid, 브로민화 수소)
강염기 (Strong Bases)	NaOH(Sodium hydroxide, 수산화 나트륨), KOH(Potassium hydroxide, 수산화 칼륨), LiOH(Lithium hydroxide, 수산화 리튬), RbOH(Rubidium hydroxide, 수산화 루비듐), Ca(OH)2(Calcium hydroxide, 수산화 칼슘, 소석회, 석회수), Ba(OH)2(Barium hydroxide, 수산화 바륨), CsOH(Cesium hydroxide, 수산화 세슘), Sr(OH)2(Strontium hydroxide, 수산화 스트론튬)

 

 

산염기 반응과 중화반응은 같은 것인가?

우리가 일반적으로 중화반응이라는 것을 산과 염기가 반응하여 염(salt)과 물(H2O)을 생성하는 반응이라고 이해를 하고 있습니다. 그렇다 보니까 산과 염기가 반응을 하는 것은 모두 산염기 반응임과 동시에 중화반응이 아닌가 하는 생각으로 이어지게 되죠. 하지만, 두 반응은 차이가 있습니다. 산염기 반응은 강산이냐 약산이냐, 그리고 강염기이냐 약염기이냐의 구분이 없이 산과 염기가 반응하는 것을 총칭하는 것이라고 생각을 하면 되고, 그렇기 때문에 산이 염기에게 양성자(Proton, H+)을 제공하게 되면 산염기 반응이 됩니다. 하지만, 중화반응은 말 그대로 산과 염기가 만나 중화되는 반응이므로 강산은 강염기와, 약산은 약염기가 반응하게 되는 것이 가장 큰 차이점입니다. 다시 말하면 중화반응은 동일한 세기의 산과 염기가 만나 중성인 생성물을 만드는 반응인 것입니다. 그렇기 때문에 중화반응은 반응의 결과물이 염(좀 더 엄밀히 말하면 중성염)과 물이지만, 산염기 반응의 결과물은 산성과 염기성 사이에서 다양한 액성으로 존재할 수가 있죠.

 

아래 예를 보면 좀 더 확실하게 이해가 될 것입니다.

 

1. 강산과 강염기의 반응은 중화 반응

강산인 염산과 강염기인 수산화나트륨의 반응을 보면 HCl + NaOH → NaCl + H2O 에서 중성인 물과 중성염(neutral salt)이 만들어집니다. 중화반응이죠. 황산(H2SO4)과 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 이 반응하면 황산마그네슘(MgSO4)이 생성되는데 이 역시 중화반응으로 생성되는 염의 예가 될 수 있겠네요.

 

2. 강산과 약염기의 반응은 산염기 반응

강산인 염산과 약염기인 암모니아(NH3)의 반응인 HCl + NH3 → NH4Cl을 보면 생성된 염인 NH4Cl(염화암모늄, ammonium chloride)이 아래와 같이 수용액에서 산성을 띠게 되므로 산성염(acidic salt)이라고 합니다. 중화반응이 아니라 산염기 반응이죠.

 

NH4^(+) + H2O → NH3 + H3O^(+)

 

이 외에도 황산(H2SO4)과 수산화구리(Cu(OH)2)의 반응으로 만들어지는 황산구리(CuSO4, copper sulfate), 질산(HNO3)과 산화은(AgO)의 반응으로 생성되는 질산은(AgNO3, silver nitrate) 등이 모두 산성염에 해당이 되겠습니다.

 

3. 약산과 강염기의 반응은 산염기 반응

약산인 아세트산(CH3COOH)과 강염기인 수산화나트륨의 반응인 CH3COOH + NaOH → NaCH3COO + H2O에서 생성된 아세트산 나트륨(NaCH3COO, sodium acetate)은 아래와 같이 수용액에서 염기성을 띠게 되므로 알칼리성염(basic salt)이라고 합니다.

 

CH3COO^(-) + H2O → CH3COOH + OH^(-)

 

이 외에도 수산화나트륨(NaOH)과 황화수소(H2S, Hydrogen sulfide)의 반응으로 생성되는 황화나트륨(Na2S, sodium sulfide) 같은 염들이 알칼리성염(basic salt)이 되겠습니다.

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수용액에서 아래와 같이 정리를 할 수 있습니다.

 

• 강산과 강염기의 반응은 중성염(neutral salt)과 물을 생성하는 중화 반응
• 강산과 약염기의 반응은 산성염(acidic salt)과 물을 생성하는 산염기 반응
• 약산과 강염기의 반응은 알칼리성염(basic salt)과 물을 생성하는 산염기 반응
• 약산과 약염기의 반응은 중성염(neutral salt)과 물을 생성하는 중화반응

 

따라서 중화반응은 산염기 반응에서 특정 조건을 만족하는 한 종류라고 생각을 하면 되겠습니다.