산 염기 1강 : 1가 산 염기 - 물의 자동 이온화와 수소 이온 농도 (ps. 흡열반응)

물도 다른 염기나 산과 마찬가지로

 

극소량이지만 다음과 같이 스스로 이온화를 하게 된다.

이러한 현상을 '물의 자동 이온화'라고 한다.

 

그렇다면 이 반응식의 평형상수를 구해보자.

 

이때 [H2O]는 '온도가 일정할때' 일정한 상수 값이므로

 

양변에 [H2O]를 곱해주면 다음과 같은 식이 나온다.

따라서 여기서 물의 이온곱 상수를 정의하게 되며

 

[H2O]와 K는 모두 상수이므로 상수 * 상수 = 상수 식이 성립하게 된다.

 

따라서 아래와 같이

물의 이온곱 상수를 평형상수 * 물의 농도로 정의한다.

 

또한 물의 이온곱 상수는 다음과 같이 온도에 따라 정해져 있다.

따라서 수소이온의 농도와 수산화이온의 농도중 하나만 알고 있으면

 

다른 하나의 농도를 구할 수 있다.

 

또한 위 표를 자세히 보면 온도가 증가함에 따라 물의 이온곱 상수(Kw)값이

 

증가함을 알 수 있는데,

 

그 이유는 사실 물의 자동 이온화 반응이 흡열 반응이기 때문이다.

 

따라서 온도가 높아지면 물의 자동 이온화 반응의 정반응이 더 잘 일어나게 되고

 

자연스레 수소 이온의 농도와 수산화 이온의 농도가 각각 증가하게 되여

 

당연히 그 곱인 물의 이온곱 농도가 증가하게 되는 것이다.

정리 하자면 다음과 같다.

 

'물의 자동이온화 반응이 흡열 반응이기 때문에'

-> 25℃ 보다 높은 온도에서는 물의 이온곱 상수의 값이 커서 중성 수용액의 pH < 7 이고

-> 25℃ 보다 낮은 온도에서는 물의 이온곱 상수의 값이 작아 중성 수용액의 pH < 7 이다

 

다음 강의에서는 이를 이용하여 간단한 예제 하나를 같이 풀어보자