edubun
한국어
English한국어EspañolPortuguêsFrançaisDeutschItalianoNederlandsРусскийBahasa Indonesia日本語
홈›화학›산과 염기

강산과 약산

0.100 M에서 염산은 완전히 이온화해 pH 1.00 이지만, 아세트산은 양성자를 1.3%만 내놓아 pH 2.87 입니다.

불러오는 중

끌어서 돌리고, 휠이나 두 손가락으로 확대하세요.

고른 농도에서 산 분자 100개를 그렸습니다. 이온화한 분자는 A⁻와 H₃O⁺로 나뉘어 있습니다. 같은 농도에서 아세트산, 폼산, 염산을 비교해 보세요.

염산과 식초는 둘 다 산입니다. 하지만 식초와 달리 염산으로 요리하는 사람은 아무도 없습니다. 두 산의 차이는 병 속에 산이 얼마나 들어 있는가만으로 설명되지 않습니다. 농도가 똑같더라도 어떤 산은 양성자를 거의 모두 내놓고, 어떤 산은 대부분을 그대로 붙잡고 있습니다. 화학자는 앞의 것을 강산(strong acid), 뒤의 것을 약산(weak acid)이라고 부릅니다. 여기서 세기(strength)는 산이 물속에서 얼마나 많이 이온화하는지를 나타내고, 농도(concentration)는 산이 얼마나 많이 녹아 있는지를 나타냅니다. 둘은 서로 다른 개념입니다. 그래서 묽은 강산이 진한 약산보다 오히려 덜 산성일 수도 있습니다.

강산은 완전히 이온화합니다

OpenStax는 흔한 강산 여섯 가지를 듭니다. 과염소산 HClO₄, 염산 HCl, 브로민화 수소산 HBr, 아이오딘화 수소산 HI, 질산 HNO₃, 황산 H₂SO₄ 입니다. 염산처럼 양성자를 하나 내놓는 강산은 묽은 용액에서 사실상 완전히 이온화하므로 [H₃O⁺]가 산의 농도와 거의 같습니다. 황산의 첫 양성자는 사실상 완전히 떨어지지만, 두 번째 이온화는 평형 반응이며 H₃O⁺를 더 만들 수 있습니다. 예를 들어 0.100 M 염산 용액은 [H₃O⁺] = 0.100 M 이고 pH는 1.00 입니다. 0.0010 M 염산 용액이라면 pH는 3.00 입니다. 흔한 강염기도 여섯 가지가 있는데, 리튬, 나트륨, 칼륨, 칼슘, 스트론튬, 바륨의 수산화물입니다. 이 염기들은 OH⁻를 완전히 내놓습니다.

약산과 Ka

사실 대부분의 산은 약산입니다. 식초 속에 든 산인 아세트산은 물속에서 완전히 이온화하지 않고 평형을 이룹니다. CH₃COOH + H₂O ⇌ H₃O⁺ + CH₃COO⁻. 이런 약산의 세기는 산 이온화 상수(acid ionization constant)로 재며, 식은 Ka = [H₃O⁺][CH₃COO⁻] / [CH₃COOH] 입니다. 아세트산은 Ka = 1.8 × 10⁻⁵ 이고, 이것은 pKa = 4.74 라는 뜻입니다. 참고로 PubChem에는 25 °C에서 측정한 pKa 4.76이 실려 있습니다. 폼산은 Ka = 1.8 × 10⁻⁴ 로 아세트산보다 약 10배 강합니다. 정리하면 Ka가 클수록 더 강한 산입니다.

약산의 pH를 구하려면 평형식을 풀어야 합니다. 0.100 M 아세트산을 예로 들어, 이온화하는 양을 x라고 하면 x² / (0.100 − x) = 1.8 × 10⁻⁵ 입니다. 여기서 x는 아주 작은 값이므로 분모의 x를 무시하면 x² ≈ 1.8 × 10⁻⁶ 이 되고, x ≈ 1.3 × 10⁻³ M 입니다. 따라서 pH는 2.87 이고, 이온화 백분율(percent ionization)은 (1.3 × 10⁻³ / 0.100) × 100 = 1.3% 입니다. 분자 약 75개 가운데 하나만 양성자를 내놓은 셈이고, 실험실 화면에서는 이것을 분자 100개 가운데 하나가 둘로 나뉜 모습으로 보여 줍니다. x가 작다고 어림하지 않고 식을 그대로 풀면 pH 2.88이 나오며, 실험실은 이 정확한 값을 씁니다.

묽히면 비율이 달라집니다

실험실에서 아세트산의 농도 막대를 아래로 밀어 보세요. 농도가 0.010 M일 때는 약 4.2%가 이온화하고, 0.0010 M일 때는 약 12.5%가 이온화합니다. Ka는 그대로인데도 산이 묽어질수록 이온화 백분율은 커집니다. 평형이 입자 수가 더 많은 쪽으로 옮겨 가기 때문입니다. 반면 강산은 어떤 농도에서든 100%를 유지합니다. 그래서 Ka는 산의 고정된 성질이지만 이온화 백분율은 그렇지 않습니다.

약염기도 같은 방식으로 다루며, 이때는 염기 이온화 상수 Kb를 씁니다. 예를 들어 암모니아는 물 분자에서 양성자를 하나 받아 NH₄⁺와 OH⁻를 만들며, 이때 Kb = 1.8 × 10⁻⁵ 입니다. 또 PubChem에 따르면 0.1 N 암모니아의 pH는 11.1입니다. 이 값은 같은 농도의 강염기가 보이는 13보다 훨씬 낮습니다.

  1. 강산은?
    • HNO₃
    • CH₃COOH
    • HCOOH
    • H₂CO₃
  2. 0.0010 M 염산의 pH는?
  3. 0.100 M 아세트산의 이온화 백분율은?
  4. 0.100 M 아세트산의 pH는?
  5. 더 강한 산은?
    • 폼산, Ka = 1.8 × 10⁻⁴
    • 아세트산, Ka = 1.8 × 10⁻⁵
    • 같음
    • 농도에만 달림
  6. 아세트산을 0.100 M에서 0.0010 M로 묽히면 이온화 백분율은?
    • 커짐
    • 작아짐
    • 그대로
    • 0이 됨
  7. Ka = 1.8 × 10⁻⁵ 의 pKa는(소수 둘째 자리까지)?
  8. 강산의 「강」은 무엇을 뜻할까?
    • 얼마나 완전히 이온화하는지
    • 얼마나 진한지
    • 얼마나 빨리 부어지는지
    • 냄새가 얼마나 위험한지
  9. 강염기는?
    • NaOH
    • NH₃
    • CH₃COO⁻
    • H₂O
  10. OpenStax가 드는 흔한 강산은 몇 가지?
핵심 정리
  • HClO₄, HCl, HBr, HI, HNO₃는 묽은 용액에서 사실상 완전히 이온화합니다. H₂SO₄의 첫 양성자는 사실상 완전히 떨어지지만, 두 번째 이온화와 약산의 이온화는 평형 반응입니다.
  • Ka가 세기를 나타냅니다. 아세트산 1.8 × 10⁻⁵, 폼산 1.8 × 10⁻⁴.
  • 약산의 이온화 백분율은 묽힐수록 커집니다. 0.100 M 아세트산은 1.3%.
이 과정의 출처 (10)
  • OpenStax Chemistry 2e (openstax.org/books/chemistry-2e): 4.2 neutralization and antacids (stomach roughly 0.03 M HCl, milk of magnesia Mg(OH)2, Al(OH)3)
  • 14.1 Brønsted-Lowry acids and bases (Boyle 1680, Davy 1815, Arrhenius 1884, Brønsted and Lowry 1923, autoionization about two in a billion molecules, Kw = 1.0 × 10⁻¹⁴ at 25 °C, about 5.6 × 10⁻¹³ at 100 °C)
  • 14.2 pH and pOH (pH = −log[H3O+], stomach acid 1.2 × 10⁻³ M gives 2.92, vinegar about 4 × 10⁻³ M gives 2.4, blood 7.3, KOH 0.0125 M gives 12.10, neutral pH 6.31 at 80 °C, rainwater 5 to 6, acid rain below 5, pH meter resolution 0.001, Figure 14.2: 1 M HCl 0, gastric juice about 1.5, lime juice about 2, wine about 3.5, coffee about 5, milk of magnesia about 10.5)
  • 14.3 relative strengths (six strong acids and six strong bases, Ka, percent ionization, 0.100 M acetic acid 1.3%)
  • 14.6 buffers (normal blood pH about 7.4)
  • 14.7 titrations (25.00 mL of 0.100 M HCl or acetic acid with 0.100 M NaOH, Table 14.2, equivalence pH 7.00 and 8.72, half-equivalence pH = pKa, Ka acetic acid 1.8 × 10⁻⁵, methyl orange Ka 4.0 × 10⁻⁴ red HIn and yellow In⁻, interval about pKa ± 1, phenolphthalein colourless below pH 8.3)
  • LibreTexts Acid-Base Indicators (litmus about 5 to 8, methyl orange 3.1 to 4.4, phenolphthalein 8.3 to 10.0; chem.libretexts.org) and bromothymol blue 6.0 to 7.6 yellow to blue (Prairie South indicator table via LibreTexts Chemistry 30)
  • PubChem acetic acid pKa 4.76 at 25 °C, sodium bicarbonate 0.1 M pH 8.3, ammonia 0.1 N pH 11.1, sodium hydroxide (pubchem.ncbi.nlm.nih.gov)
  • NOAA Ocean acidification (noaa.gov: surface ocean pH has fallen by 0.1 since the industrial revolution, about a 30 percent increase in acidity)
  • IUPAC CIAAW abridged standard atomic weights.

확인한 날: 2026-10-17