[화학1] 중화반응 1

1. 중화 반응의 개념

먼저 중화반응이 무엇인지부터 잡고 가보자. 산과 염기가 반응하여 물과 염이 생성되는 반응을 중화반응이라고 한다. 가장 기본적인 예시인 염산과 수산화 나트륨의 반응을 한번 살펴보자.

그림 1. 염산과 수산화 나트륨의 중화 반응. BTB 용액을 이용하여 중성 상태를 확인하였다. (출처: wikipedia)

HCl + NaOH → H₂O + NaCl + 중화열

 

이 반응은 물 속, 즉 수용액 상태에서 일어난다. 따라서 산과 염기는 이온화가 이루어지므로, 이해하기 쉽게 식을 좀 더 풀어서 써 보겠다.

 

H⁺ + Cl^- + Na⁺ + OH^- → H₂O + Na⁺ + Cl^- + 중화열

 

반응물과 생성물을 유심히 살펴보면, 나트륨 이온과 염화 이온은 반응에 참여하지 않음을 알 수 있을 것이다. 이렇듯 반응에 참여하지 않고 수용액 내에 존재하는 이온들을 구경꾼 이온(Passenger ion)이라고 한다. 반응에 참여하지 않는 이온들은 수용액 상태에 그대로 존재하는데, 이렇게 존재하는 물질을 염(salt)이라 한다. 한편, 중화 반응의 결과 중화열이 발생하므로, 모든 산 염기 중화반응은 발열 반응(exothermic reaction)이다.

 

반응식이 번잡하므로, 반응에 ‘실제’ 참여하는 이온들만을 따로 빼서 보는 것이 편리할 때가 있다. 반응에 참여하는 이온들만으로 반응 식을 만들면 다음과 같다.

 

H⁺ + OH^- → H₂O

 

반응에 참여하는 이온을 알짜 이온(net ion)이라 한다. 또한, 이러한 이온들만으로 만들어진 화학 반응식을 알짜 이온 반응식이라고 한다.

 

한편, 중화 반응에서 산과 염기의 양이 항상 같은 것은 아니다. 남아 있는 알짜 이온의 종류에 따라 용액의 액성이 결정된다. 예컨대 반응 후 H+가 남아 있는 경우, 용액의 액성은 산성이다. 또한 반응 후 OH-가 남아 있는 경우, 용액의 액성은 염기성이다. 마지막으로 반응 후 남아 있는 알짜 이온이 없는 경우, 용액의 액성은 중성이다. 중화 반응의 모든 문제 풀이는 이러한 액성의 파악을 목적으로 한 기본 논리를 가지고 진행하게 된다.

반응 후 남아 있는 알짜 이온이 없는, 즉 중화 반응이 완결된 지점을 중화점이라 한다. 화학양론적으로 중화 적정 실험에서 중화가 완료되는 이론적인 지점을 당량점(equivalent point)이라 한다. 그러나 이러한 지점은 우리가 정확하게 판단할 수 없으므로, 우리는 지시약(indicator) 등을 활용하여 대략적인 중화점을 파악해야 한다. 중화 적정 실험에서 중화가 완료되는 가시적인 지점을 종말점(end point)이라 한다. 중화점을 찾는 것은 중화 반응 문제 해결에 가장 중요한 부분이 된다.

 

그림은 다양한 지시약의 액성에 따른 색깔 분포를 나타낸 것이다. 지시약은 액성을 파악하는 목적으로만 활용되어야 하므로 반응에 관여하지 않으며 따라서 극소량으로도 반응의 변화를 판단할 수 있어야 한다. 일반적으로 화학1 수능 기출에서는 이러한 지시약을 활용한 문제가 자주 출제되지는 않으나, 통합과학 내신 수준에서는 빈출되므로 잘 파악해 두도록 하자.

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총 3부작으로 이루어진 중화반응 칼럼입니다. 첫 부작은 중화반응의 간단한 개념 정리, 두 번째는 중화반응에서 사용하는 일반적인 공리, 세 번째는 중화반응의 공리의 간단한 수준의 기출문제에서의 해석법으로 구성할 계획입니다.

Edited 23.10.30
Edited by 푸른삿포로