약산인 아세트산 수용액에 아세트산 나트륨을 넣었을 때 아세트산의 이온화도가 감소하는 이유가 무엇인가요?

Question

약산인 아세트산 수용액에 아세트산 나트륨을 넣었을 때 아세트산의 이온화도가 감소한다고 하는데, 이것을 르 샤틀리에의 원리와 연관 지어 설명해주세요.

Answer 1

안녕하세요.

약산인 아세트산 수용액에서의 이온화 평형 반응식은 CH₃COOH ⇄ H⁺ + CH₃COO⁻라고 표현할 수 있으며, 이 반응은 가역 반응이기 때문에 외부 조건 변화에 따라 이동할 수 있습니다. 이 상황에서 반응식의 생성물에 해당하는 아세트산 나트륨을 첨가하면 물에 녹아 완전히 해리되어 CH₃COO⁻과 Na⁺로 나뉘는데요, 따라서 용액 내에 이미 존재하던 생성물 중 하나인 CH₃COO⁻의 농도가 증가하게 됩니다.

이 상황에 르샤틀리에의 원리를 적용해보면, 평형 상태에 있는 계에 변화를 주면, 그 변화를 상쇄하는 방향으로 평형이 이동하기 때문에, 현 상황은 생성물인 CH₃COO⁻가 추가된 상황이므로, 계는 이를 줄이려는 방향으로 반응을 이동시키게 됩니다. 즉, 평형은 왼쪽 방향인 아세트산이 생성되는 쪽으로 이동하게 됩니다. 이 과정에서 CH₃COO⁻와 H⁺가 다시 결합하여 CH₃COOH를 형성하게 되므로, 결과적으로 아세트산이 더 이상 많이 이온화되지 않게 됩니다. 즉, 아세트산이 H⁺와 CH₃COO⁻로 분리되는 정도가 줄어들어 이온화도가 감소하는 것입니다. 이러한 형상을 공통이온 효과라고도 하는데요, 즉 평형에 존재하는 이온을 추가할 경우 그 이온의 농도를 줄이기 위해 평형이 이동하면서 약산의 해리가 억제된다는 것입니다. 감사합니다.

Answer 2

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

아세트산은 약산으로서 물속에서 일부만 이온화되어 CH₃COOH ⇌ CH₃COO⁻ + H⁺ 의 평형을 형성합니다. 이때 아세트산 나트륨을 용액에 넣으면, 아세트산의 짝염기인 CH₃COO⁻ 이온이 외부에서 추가로 공급됩니다. 평형식의 오른쪽에 있는 생성물의 농도가 증가하는 것이죠.

르 샤틀리에의 원리에 따르면, 어떤 평형 상태에서 외부 요인으로 특정 성분의 농도가 변하면, 그 변화를 완화하려는 방향으로 평형이 이동합니다. 즉, CH₃COO⁻ 이온이 많아지면 평형은 이를 줄이기 위해 왼쪽, 즉 아세트산 분자 쪽으로 이동하게 됩니다. 그 결과 아세트산의 해리 정도가 감소하고, 이온화도 역시 낮아집니다.

이 현상은 공통 이온 효과라고 불리며, 약산과 그 짝염기를 함께 넣었을 때 산의 이온화가 억제되는 대표적인 사례입니다. 따라서 아세트산 수용액에 아세트산 나트륨을 넣으면 아세트산의 이온화도가 감소하는 것은 르 샤틀리에의 원리에 의해 평형이 왼쪽으로 이동한 결과라고 설명할 수 있습니다.

이 원리는 완충 용액의 성질을 이해하는 데도 중요한 기반이 됩니다.