중화 반응

안녕하세요.

제주도에서 중·고등학생을 대상으로 개인&그룹 과학수업을 하고 있는 달빛과학 입니다.

여러분, 회 좋아하시나요? ^^

부모님과 함께 회를 먹으러갔었던 기억을 떠올려보세요. 회를 시키면 위 사진과 같이 레몬이 함께 나옵니다. 레몬을 함께 내어놓는 이유는 보기에도 좋을 뿐만 아니라 레몬즙을 회에 뿌리면 생선 특유의 비린내를 잡아주기 때문입니다.

원리를 설명하자면 생선의 비린내는 염기의 성질 때문인데요, 산성을 가지고 있는 레몬즙을 뿌려서 비린내(염기성)를 약하게 만들어주는 것입니다. 

이렇게 산과 염기를 이용하여 서로의 성질을 약하게 만들어 중성에 까깝게 만드는 반응을 '중화 반응'이라고 합니다. pH를 이용해서 설명하면 더욱 쉽게 이해가 되는데요, pH가 낮은 산성 물질에 염기성 물질을 더해 중성(pH=7)에 가깝게 올려주고, pH가 높은 염기성 물질에 산성 물질을 더해 중성에 가깝게 낮춰주는 것입니다.

중화반응을 공부하기 위해서는 pH, 지시약, 산과 염기에 대해서 미리 공부를 하고 오셔야겠지요?

● pH, 지시약

● 산과 염기 - 산

● 산과 염기 - 염기

*** 중화 반응의 원리

■ 중화 반응의 정의

교과서에서는 중화 반응을 다음과 같이 정의하고 있습니다.

산과 염기가 반응하여 물과 염이 생성되는 반응

산과 염기가 반응하는 것은 알겠는데, 왜 물이 생성된다는 걸까요? 또 '염'은 무엇일까요? 염기와 같은 물질인 걸까요? 이런 의문을 해결하기 위해서 화학 반응식을 이용해볼게요.

■ 반응식으로 이해하는 중화 반응

자, 그럼 묽은 염산과 수산화 나트륨 수용액을 섞는 과정을 반응식으로 써볼게요.

묽은 염산의 수소 이온과 수산화 나트륨의 수산화 이온이 만나서 '물'을 만들었네요.

그리고 묽은 염산의 염화이온(산의 음이온)과 수산화 나트륨의 나트륨 이온(염기의 양이온)이 만나서 염화나트륨이 생성되었습니다. 이런 물질을 바로 '염'이라고 합니다. 염기와는 전혀 다른 개념이니 혼동하지 않도록 주의하세요.

▶ 중화 반응: 산 + 염기 → 물 + 염

▶ 염: 산의 음이온과 염기의 양이온이 만나 생성된 물질

이 반응을 그림으로 한 번 더 그려볼게요.

좀 더 이해가 잘 되시나요? ^^ 

혼합 용액 그림을 보시면 산성을 띄게하는 수소 이온도 없고, 염기성을 띄게하는 수산화 이온도 없습니다. 묽은 염산의 산성과 수산화 나트륨의 염기성이 사라져 중성이 되었습니다. 이것이 바로 중화반응의 원리입니다. 여기서 나트륨 이온과 염화 이온은 수용액 상태이기 때문에 서로 반응하지 않고 이온상태로 존재합니다. 

*** 알짜 이온과 구경꾼 이온

위 그림에서 살펴본 것처럼 중화 반응에서 실제로 반응하는 이온은 산의 수소 이온과 염기의 수산화 이온입니다. 산의 음이온과 염기의 양이온은 반응하지 않지요. 이렇게 중화 반응에서 실제로 반응하는 이온을 '알짜 이온'이라고 부르고, 반응하지 않는 이온을 '구경꾼 이온'이라고 부른답니다.

▶ 알짜 이온

- 화학 반응에서 실제로 반응에 참여하는 이온

- 중화반응에서 '수소 이온'과 '수산화 이온'

▶ 구경꾼 이온

- 화학 반응에서 반응에 참여하지 않고 용액 속에 남아 있는 이온

- 중화반응에서 '산의 음이온'과 '염기의 양이온'

그럼 아까전에 보았던 묽은 염산과 수산화 나트륨 수용액의 반응을 예로 들어 이해해봅시다.

이 중화 반응에서 수소 이온과 수산화 이온은 서로 반응하여 물을 생성하기 때문에 알짜 이온이라고 부르고, 반응하지 않는 나트륨 이온와 염화 이온은 구경꾼 이온이라고 부릅니다.

★ 알짜 이온 반응식

중화 반응에서는 수소 이온과 수산화 이온이 항상 1:1의 개수비로 반응하여 물을 생성하는데요, 이 반응식을 중화 반응의 알짜 이온 반응식이라고 합니다. 다른 화학 반응식은 못적더라도 알짜 이온 반응식만큼은 여러분께서 직접 적을 수 있어야 합니다. 제가 별표까지 날리면서 강조하는 이유! 눈치채셔야 합니다 ^^

▶ 중화 반응에서는 수소 이온, 수산화 이온은 항상 1:1의 개수비로 반응

▶ 알짜 이온 반응식은 안보고 적을 수 있도록 공부할 것!

*** 다양한 염

■ 여러가지 염의 생성

중화 반응에서는 산과 염기의 종류에 따라 다양한 종류의 염이 만들어집니다.

몇 가지 반응식을 통해 알아볼게요.

첫 번째 - '황산 + 수산화 나트륨'의 중화 반응

두 번째 - '질산 + 수산화 칼륨'의 중화 반응

■ 염의 확인

중화 반응의 결과로 여러가지 염이 생성된다는 것을 알 수 있었지요? 이러한 염을 구성하는 양이온과 음이온을 화학적으로 확인하기 위해서 여러 방법을 이용합니다.

묽은 염산과 수산화 나트륨 수용액을 완전히 중화시킨 뒤 물을 모두 증발시키면 흰색 고체가 염으로 남게 됩니다. 물론 우리는 앞서 배웠기 때문에 이 염이 '염화 나트륨'이라는 것을 알고 있습니다. 하지만 우리가 생성된 염의 종류를 모르고 있다고 가정하고 염을 구성하는 이온들을 확인하는 방법을 알아보겠습니다.

▶ 나트륨 이온의 확인

중화 반응 뒤에 남겨진 고체를 백금선이나 니크롬선에 뭍혀 알코올 램프의 겉불꽃에 넣어 불꽃색을 확인해 봅니다. 나트륨의 불꽃 반응색은 '노란색'이죠?

▶ 염화 이온의 확인

중화 반응으로 생성된 고체를 물에 녹인 뒤에 질산 은 수용액을 떨어뜨리면 흰색 앙금이 생성됩니다. 은 이온과 염화 이온이 만나서 '염화 은' 앙금을 만들기 때문입니다.

※ 불꽃 반응색

리튬(Li) - 빨간색 / 나트륨(Na) - 노란색

칼륨(K) - 보라색 / 바륨(Ba) - 황록색

칼슘(Ca) - 주황색 / 구리(Cu) - 청록색

스트론튬(Sr) - 빨간색

*** 우리 생활 속의 중화 반응

▶ 생선에 비린내(염기성)를 잡기 위해 레몬즙(산성)을 뿌린다.

▶ 벌에 쏘였을 때(벌침독: 산성) 응급 처치로 오줌(암모니아수: 염기성)을 바른다.

▶ 위액(산성)이 많이 나와 속이 쓰리면 제산제(염기성, 수산화 마그네슘)를 먹는다.

▶ 농사로 인해 산성화된 토양을 중성화시키기 위해 석회 가루(염기성)를 뿌린다.

▶ 신김치(산성)에 달걀 껍데기나 조개 껍데기(염기성)를 넣어 신맛을 약하게 만든다.

★ '중화 반응'과 '산, 염기의 특징'을 혼동하지 마세요!

예를 들어 <머리카락으로 막힌 하수구를 뚫기 위해 세척액(염기성)을 붓는 것>은 단백질을 녹이는 염기의 성질을 이용한 것이지 중화 반응을 이용한 것이 아닙니다.

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