전상훈님의 학문 분야 답변 목록 - 176 페이지 ㅣ 궁금할 땐, 아하!

모든 수용액이 무조건 [H+][OH-]곱이 Kw를 만족하는 이유

안녕하세요. 답변을 한 제가 부족해서 이해를 못하신거니-쉽게 설명하는 것도 능력이라 생각합니다.- 언제든지 질문 추가로 해주셔도 좋습니다. 근데 소댓글로 답변할때 긴문장은.. 답변이 힘들더라구요. 이유는 수식의 구현이 아하 플렛폼안에서 다소 어렵기때문입니다. 이부분은 아마도 질문하시는 분께서도 느끼고 계실꺼에요. 예를 들어보자면, Kw = [H3O+][OH-]=1.0x10^-14 이런 수식을 Kᵤ = [H₃O⁺][OH⁻] = 1.0×10⁻¹⁴ 이렇게 구현하기 위해서는 유니코드지수 표현과 같은 것들을 활용해야 하는데, 소댓글은 보여지는 글의 수가 1.5줄이 전부라 제가 넣는 명령어들의 연계가 너무 어렵습니다. (이 부연설명도 어렵네요. 바로 질문 답변으로 가겠습니다) 하나의 문단형식보다는 떨어지는 형식으로 답변을 드려볼께요.---------------------------------------------------------------------------------------------------------수용액에서의 [H⁺][OH⁻]의 곱이 항상 물의 자동 이온화 상수인 Kw를 만족하는 이유는 화학적 평형의 원리 때문입니다. 이해를 돕기 위해 좀 더 자세히 설명하겠습니다. 물의 자동 이온화 반응 (이미 알고 계시지만, 노파심에 한번 더 설명 드려요)물의 자동 이온화 반응은 다음과 같습니다 :H₂O (l)⇌H₃O⁺ (aq)+OH⁻ (aq)이 반응에서 물은 매우 작은 양의 수소 이온(H₃O⁺)과 수산화 이온(OH⁻)을 생성합니다. 이때, 25°C에서 물의 이온화 상수 (Kᵤ)는 1.0×10⁻¹⁴로 정의됩니다 :Kᵤ = [H₃O⁺][OH⁻] = 1.0×10⁻¹⁴산 또는 염기 첨가 시 변화산 또는 염기가 수용액에 추가되면, 추가된 H⁺나 OH⁻의 농도 변화가 있습니다. 예를 들어, 산이 추가되면 H⁺의 농도가 증가합니다. 이는 균형을 변화시키며, 르 샤틀리에의 원리(Le Chatelier`s principle)에 따라 시스템은 이 변화를 상쇄하기 위해 반응합니다. 균형의 이동산을 첨가할 때 H⁺가 증가하면, 물의 자동 이온화 반응의 균형이 왼쪽으로 이동하여 H⁺의 일부와 반응하는 OH⁻의 농도를 감소시킵니다. 이는 H⁺의 증가를 일부 상쇄합니다. 반대로, 염기를 추가하면 OH⁻가 증가하고, 균형이 오른쪽으로 이동하여 더 많은 H⁺를 소비합니다.역반응과의 균형산이나 염기에 의해 추가된 H⁺나 OH⁻의 양이 물의 자동 이온화에 의해 생성되는 이온의 양보다 훨씬 클 수 있습니다. 그러나 물의 자동 이온화 반응은 동적인 균형 상태에 있으므로, 어떠한 외부 물질의 첨가에도 물의 자동 이온화 상수 Kᵤ는 일정하게 유지됩니다. 이는 [H₃O⁺]와[OH⁻]가 항상 Kᵤ를 만족하도록 조절되기 때문입니다.결론적으로, 수용액에서는 어떤 조건에서든지 [H₃O⁺]와[OH⁻]의 곱이 Kᵤ를 만족합니다. 이것은 산-염기 반응의 근본적인 원리로, 모든 수용액에서 물의 자동 이온화 상수인 Kᵤ에 의해 정의됩니다.---------------------------------------------------------------------------------------한번 더 나눠서 추가 설명 드려볼께요. 잠시만요. 1. 수용액에서 Kᵤ의 만족 이유 물이든, 산이나 염기가 첨가된 수용액이든, 물의 자동 이온화 상수 Kᵤ는 항상 만족됩니다. 이는 물이 존재하는 한, 자동 이온화 반응이 계속 일어나기 때문입니다. 물에 산이나 염기가 추가되면, H⁺나 OH⁻의 농도가 변화하고, 이에 따라 균형 상태가 변동합니다. 그러나 이 균형 변동에도 불구하고, [H⁺]와 [OH⁻]의 곱은 여전히 Kᵤ를 만족합니다. 이는 물의 이온화 반응이 매우 빠르게 일어나며, 균형이 즉각적으로 재설정되기 때문입니다. 2. 산 첨가 시 균형 변화 산을 추가하면 H⁺의 농도가 증가합니다. 르 샤틀리에의 원리에 따라, 물의 자동 이온화 균형은 H⁺의 증가를 상쇄하기 위해 왼쪽으로 이동하여 OH⁻의 농도를 감소시킵니다. 그러나 말씀하신 것처럼, H⁺와 OH⁻가 항상 1:1 비율로 반응하기 때문에, 물의 자동 이온화 반응으로 인한 H⁺의 감소는 상대적으로 미미합니다. 이는 산 첨가에 의한 H⁺ 증가량에 비해 매우 작으므로 균형 이동의 영향은 크지 않습니다. 3. 자동 이온화 비율과 산의 영향 물의 자동 이온화 비율은 매우 낮으므로, 산을 첨가할 때 생성되는 H⁺에 비해 자동 이온화로 인한 OH⁻의 감소는 실제로는 큰 영향을 주지 않습니다. 그러나 산의 첨가로 인해 증가한 H⁺ 농도와 감소한 OH⁻ 농도는 여전히 Kᵤ = 1.0×10⁻¹⁴ 를 만족하게 됩니다. 이는 수용액 내에서의 H⁺와 OH⁻ 농도가 동시에 변화함에 따라 이온곱 Kᵤ가 변하지 않고 일정하게 유지된다는 것을 의미합니다. 4. [H⁺]와 [OH⁻]의 곱의 일관성 모든 수용액에서 [H⁺]와 [OH⁻]의 곱이 Kᵤ를 만족한다는 사실은 화학적 균형의 법칙에 기초합니다. 수용액의 환경이 변하더라도 물의 자동 이온화 반응은 계속 일어나며, 균형 상태에서 [H⁺]와 [OH⁻]의 농도는 항상 Kᵤ 값을 유지합니다.

학문 / 화학

24.10.15

5.0

2명 평가

답변 내역