: 화학정보

화학이야기: 화학관련 정보를 알려드립니다; 대명이 쓰는 화학이야기, 여러분과 함께 나누고 싶습니다.

재를 걸러 만들다 ! 염기

Posted at 2010-02-24 14:39:27

<TABLE class="Basicborder NHN_Layout" style="WIDTH: 735px; HEIGHT: 151px" height=151 cellSpacing=0 cellPadding=0 width=735>
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예전에는 불에 볏짚과 같은 식물을 태우고 남은 재에 물을 붓고 재를 걸러서 잿물을 만들었다.&nbsp; 비누가 거의 없었던 시절에 잿물은 세정 및 표백 기능이 있어서 주로 빨래를 하는 데 이용했었다. 영어로 재를 potash라 하는데, 이 단어는 <A href="http://dic.search.naver.com/search.naver?where=dic&amp;sm=ncc_clk&amp;query=%uD0C4%uC0B0%uCE7C%uB968" target=_blank>탄산칼륨</A>(K2CO3)의 별명으로 사용한다. <A href="http://dic.search.naver.com/search.naver?where=dic&amp;sm=ncc_clk&amp;query=%uC591%uC7BF%uBB3C" target=_blank>양잿물</A>은 잿물에 서양의 의미를 담은 접두사 ‘양’을 붙인 것으로 <A href="http://dic.search.naver.com/search.naver?where=dic&amp;sm=ncc_clk&amp;query=%uC218%uC0B0%uD654%uB098%uD2B8%uB968" target=_blank>수산화나트륨</A>(NaOH) 수용액과 같은 의미로 통한다.&nbsp; 흰색 고체인 수산화나트륨을 물에 녹이면 <A href="http://dic.search.naver.com/search.naver?where=100&amp;query=pH&amp;sm=ncc_clk" target=_blank>pH</A>가 7보다 훨씬 큰 <A href="http://dic.search.naver.com/search.naver?where=dic&amp;sm=ncc_clk&amp;query=%uC5FC%uAE30%uC131" target=_blank>염기성</A> 용액을 만들 수 있다. 미끈거리는 특성이 있는 진한 농도의 수산화나트륨 용액은 피부에 상처를 입히고, 마시면 죽을 수 있는 독극물이다.&nbsp; 염기를 <A href="http://dic.search.naver.com/search.naver?where=dic&amp;query=%BE%CB%C4%AE%B8%AE&amp;sm=ncc_clk" target=_blank>알칼리</A>(alkali)라고도 부르는데, 아랍어인 알카리(al qaliy)는 ‘태운 재’라는 의미를 지닌다고 하니 그 어원을 짐작할 수 있을 것 같다.
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비누나 베이킹파우더, 제산제는 염기성 물질이다
<img onLoad='miniSelfResize(contents_55,this); if(this.parentNode.tagName=="A"){this.onclick = "";}' class="_attachment _photo" id=0126da67b553000e36c645ac src="http://ncc.phinf.naver.net/ncc02/2010/2/17/52/17.jpg">
우리 주변에는 다양한 염기(성) 물질이 널려 있다. 요즈음에는 잿물로 빨래하는 이들이 없겠지만, 잿물 대신 늘 사용하는 비누를 생산하려면 수산화나트륨이 필요하다.&nbsp; 수산화나트륨이 지방이나 기름(유지)과 화학반응(<A href="http://search.naver.com/search.naver?sm=ncc_clk&amp;where=nexearch&amp;query=%BA%F1%B4%A9%C8%AD" target=_blank>비누화 반응</A>이라고 부른다.)을 하여 생성된 지방산 나트륨이 바로 비누다. 중성비누도 있지만 이런 이유 때문에 많은 비누는 염기성을 띠고 있다. 집에서 욕실이나 변기 세척에 사용되는 암모니아수는 염기인 <A href="http://dic.search.naver.com/search.naver?where=dic&amp;sm=ncc_clk&amp;query=%uC554%uBAA8%uB2C8%uC544" target=_blank>암모니아</A>(NH3)를 물에 녹인 수용액이다. 또한 주방용 세제로 사용되기도 하는 <A href="http://dic.search.naver.com/search.naver?where=dic&amp;sm=ncc_clk&amp;query=%uD0C4%uC0B0%uB098%uD2B8%uB968" target=_blank>탄산나트륨</A>(Na2CO3), 빵을 굽거나 요리에 사용되는 베이킹파우더, <A href="http://dic.search.naver.com/search.naver?sm=ncc_clk&amp;where=dic&amp;query=%C5%BA%BB%EA%BC%F6%BC%D2%B3%AA%C6%AE%B7%FD" target=_blank>탄산수소나트륨</A>(NaHCO3)도 모두 염기이다. 위산 과다의 치료에 사용되는 약에는 염기인 <A href="http://dic.search.naver.com/search.naver?sm=ncc_clk&amp;where=dic&amp;query=%BC%F6%BB%EA%C8%AD%B8%B6%B1%D7%B3%D7%BD%B7" target=_blank>수산화마그네슘</A>(Mg(OH)2)과 <A href="http://dic.search.naver.com/search.naver?sm=ncc_clk&amp;where=dic&amp;query=%BC%F6%BB%EA%C8%AD%BE%CB%B7%E7%B9%CC%B4%BD" target=_blank>수산화알루미늄</A>(Al(OH)3)이 상당량 들어 있다.&nbsp; 농촌에서도 산성화된 토양을 되돌리기 위해서 염기인 <A href="http://navercast.naver.com/science/chemistry/1756" target=_blank>탄산칼슘</A>(CaCO3) 비료를 사용하고 있다.</TD></TR></TBODY></TABLE>
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<img onLoad='miniSelfResize(contents_55,this); if(this.parentNode.tagName=="A"){this.onclick = "";}' class="_attachment _photo" id=0126da8484c00013c3e90dca src="http://ncc.phinf.naver.net/ncc01/2010/2/17/224/3.jpg">
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수용액에서 수산화이온을 생성하는 경우, 염기성 물질이라 부른다
<img onLoad='miniSelfResize(contents_55,this); if(this.parentNode.tagName=="A"){this.onclick = "";}' class="_attachment _photo" id=0126da67b553000e36c645ac src="http://ncc.phinf.naver.net/ncc02/2010/2/17/52/17.jpg">
염기는 다음과 같이 3가지 방식으로 정의할 수 있다.
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<img onLoad='miniSelfResize(contents_55,this); if(this.parentNode.tagName=="A"){this.onclick = "";}' class="_attachment _photo" id=0126da6a98b40002ab73dcc6 src="http://ncc.phinf.naver.net/ncc02/2010/2/17/141/%B0%AD%C1%B6%B1%DB_%B6%F3%C0%CE1-1.jpg">&nbsp;
1.&nbsp;수산화이온(OH-)이온을 생성하거나, 주는 물질 2.&nbsp;다른 분자로부터 수소이온(H+)을 받는 물질&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 3.&nbsp;전자쌍(electron pair)을 줄 수 있는 물질&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
<img onLoad='miniSelfResize(contents_55,this); if(this.parentNode.tagName=="A"){this.onclick = "";}' class="_attachment _photo" id=0126da6aba46001acf2cd548 src="http://ncc.phinf.naver.net/ncc01/2010/2/17/265/%B0%AD%C1%B6%B1%DB_%B6%F3%C0%CE2-2.jpg">
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화학에 익숙하지 않은 사람에게는 혼란스럽겠지만, 일단은 특정 물질을 물에 녹여 얻은 용액의 pH가 7 이상 될 때 그 물질을 염기라고 생각하면 된다. 그런데 염기도 산과 마찬가지로 세기에 따라 강염기와 약염기로 분류할 수 있다. 소위 <A href="http://dic.search.naver.com/search.naver?where=dic&amp;sm=ncc_clk&amp;query=%uAC00%uC131%uC18C%uB2E4" target=_blank>가성소다</A>라고 부르는 수산화나트륨은 물에 녹아서 OH-이온과 Na+이온으로 해리되므로, 용액에는 OH- 이온이 풍부하다. 일반적으로 주기율표에서 <A href="http://search.naver.com/search.naver?where=nexearch&amp;sm=ncc_clk&amp;query=%uC54C%uCE7C%uB9AC%uAE08%uC18D" target=_blank>알칼리금속</A>과 <A href="http://dic.search.naver.com/search.naver?where=dic&amp;sm=ncc_clk&amp;query=%uC54C%uCE7C%uB9AC%uD1A0%uAE08%uC18D" target=_blank>알칼리토금속</A> 족(group)에 속하는 금속산화물 혹은 금속수산화물은 강염기에 속한다. 우리가 잘 아는 <A href="http://dic.search.naver.com/search.naver?sm=ncc_clk&amp;where=dic&amp;query=%BC%F6%BB%EA%C8%AD%C4%AE%B7%FD" target=_blank>수산화칼륨</A>과 <A href="http://search.naver.com/search.naver?where=nexearch&amp;sm=ncc_clk&amp;query=%uC218%uC0B0%uD654%uBC14%uB968" target=_blank>수산화바륨</A>(Ba(OH)2)은 강한 염기성 물질이다.&nbsp; 예를 들어서 0.1M 농도의 수산화칼륨 용액의 pH는 이론적으로 계산하면 13이나 된다.
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암모니아(NH3)는 약염기의 대표적인 물질이다.&nbsp;물에 녹은 암모니아 분자의 일부는 물과 반응을 하면 암모늄이온(NH4+)과 수산화이온(OH-)이 형성된다.&nbsp; 이럴&nbsp;때 반응에 참여한 물 분자는 수소이온(H+)과 수산화이온으로 분해되는데, 이것을 <A href="http://dic.search.naver.com/search.naver?where=dic&amp;sm=ncc_clk&amp;query=%uAC00%uC218%uBD84%uD574" target=_blank>가수분해</A>(hydrolysis)되었다고 말한다.&nbsp; 이처럼 암모니아와 같이 가수분해 반응을 일으켜 수산화이온을 생성할 수 있는 물질은 약염기로 분류한다.&nbsp; 
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한편 암모니아의 질소에는 결합에 참여하지 않는 전자쌍(electron pair)이 있어서 다른 분자에게 전자쌍을 줄 수 있다.&nbsp; 염기의 세 번째 정의에 들어맞는 조건을 충족하고 있다.&nbsp;<A href="http://search.naver.com/search.naver?where=nexearch&amp;sm=ncc_clk&amp;query=%uC544%uBBFC" target=_blank>아민</A>(amine)이라 부르는 화합물은 암모니아의 질소에 결합하여 있는 3개의 수소 원자의 일부 혹은 전부가 다른 분자뭉치(R-)로 치환된 염기이다. 질소에 결합하는 분자뭉치의 성질과 구조에 따라서 전자쌍을 다른 분자에게 줄 수 있는 능력이나 가수분해되는 정도도 달라진다.
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염기해리상수: 약염기의 서열을 결정하는 상수 
<img onLoad='miniSelfResize(contents_55,this); if(this.parentNode.tagName=="A"){this.onclick = "";}' class="_attachment _photo" id=0126da67b553000e36c645ac src="http://ncc.phinf.naver.net/ncc02/2010/2/17/52/17.jpg"></TD></TR></TBODY></TABLE></TD></TR></TBODY></TABLE>

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약염기 분자의 일부가 물과 가수분해 반응을 하면 <A href="http://search.naver.com/search.naver?sm=ncc_clk&amp;where=nexearch&amp;query=%C2%A6%BB%EA" target=_blank>짝산</A>(BH+)과 수산화이온(OH-)이 같은 양(개수)만큼 생성된다.&nbsp; 화학식으로 나타내면 [B+H2O → BH++OH-]이다. 화학식이 익숙하지 않은 이들은 B 대신에 NH3을 넣어 반응식을 다시 써보면 도움이 될 것이다. 새롭게 형성된 화학종 BH+는 염기 B가 물로부터 수소이온(H+)을 빼앗아 형성한 것이다.&nbsp;BH+는 수소이온을 내어 줄 수 있는 특성이 있어서 산으로 정의하며, 염기 B에 대응된다고 하여 짝산(conjug ated&nbsp;acid)이라 부른다.&nbsp; 이런 반응이 평형에 도달했을 때 짝산과 수산화이온의 평형농도를 곱한 값을 약염기의 평형농도로 나눈 값을 염기해리상수(base dissociation constant)라 하며 염기마다 고유의 값이 있다.
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<img onLoad='miniSelfResize(contents_55,this); if(this.parentNode.tagName=="A"){this.onclick = "";}' class="_attachment _photo" id=0126da57493900071f252fce src="http://ncc.phinf.naver.net/ncc01/2010/2/17/167/%BC%F6%BD%C41.jpg">
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따라서 염기해리상수를 비교하면 염기 간의 서열을 알 수 있다.&nbsp; 예를 들어서 암모니아의 염기해리상수는 약 1.75 x 10-5 정도이다. </TD></TR></TBODY></TABLE></TD>
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그런데 암모니아의 H- 1개를 C6H5-로 치환하면 <A href="http://search.naver.com/search.naver?where=nexearch&amp;sm=ncc_clk&amp;query=%uC544%uB2D0%uB9B0" target=_blank>아닐린</A>(C6H5NH2)이, CH3-로 치환하면 <A href="http://search.naver.com/search.naver?sm=ncc_clk&amp;where=nexearch&amp;query=%B8%DE%C6%BF%BE%C6%B9%CE" target=_blank>메틸아민</A>(CH3NH2)이 된다.&nbsp; 아민인 아닐린과 메틸아민의 염기해리상수는 각각 4.27 x 10-10 과 4.17 x 10-4 이다.&nbsp; 그러므로 메틸아민은 암모니아보다 약간 더 강한 염기이며, 아닐린은 암모니아보다 훨씬 약한 염기라고 할 수 있다.
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약산의 음이온, OH-를 낼 수 있기 때문에 염기이다&nbsp;
<img onLoad='miniSelfResize(contents_55,this); if(this.parentNode.tagName=="A"){this.onclick = "";}' class="_attachment _photo" id=0126da67b553000e36c645ac src="http://ncc.phinf.naver.net/ncc02/2010/2/17/52/17.jpg">
약산의 음이온(예: 탄산음이온, CO32-)도 암모니아처럼 가수분해 과정을 거쳐서 수산화이온을 생성할 수 있다. 물에 잘 녹는 탄산음이온을 포함하는 염, 탄산칼륨(K2CO3)이나 탄산나트륨(Na2CO3)을 물에 녹이면 pH가 7보다 큰 염기성 용액이 된다. 왜냐하면 탄산음이온 분자의 일부가 가수분해되어 짝산(탄산수소이온, HCO3-)과 수산화이온(OH-)을 형성하고, 새롭게 형성된 탄산수소이온 분자 일부가 다시 가수분해 과정을 거치면 탄산과 수산화이온이 형성되기 때문이다.&nbsp; 베이킹파우더의 주성분인 탄산수소나트륨이 염기 성질을 띠는 것도 같은 이유이다. 
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<img onLoad='miniSelfResize(contents_55,this); if(this.parentNode.tagName=="A"){this.onclick = "";}' class="_attachment _photo" id=0126da582f050015e3494301 src="http://ncc.phinf.naver.net/ncc01/2010/2/17/77/%BC%F6%BD%C42.jpg">
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결국 탄산염이나 탄산수소염이 물에 녹으면 OH-가 생성되며, 동시에 양이온(K+ 또는 Na+)이 존재하는 상황이 되므로, 마치 소량의 KOH 혹은 NaOH를 물에 녹인 용액과 같아진다.
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‘먹고 죽을 양잿물도 없다.’는 속담 속 잿물은 왜 염기성을 띨까?
<img onLoad='miniSelfResize(contents_55,this); if(this.parentNode.tagName=="A"){this.onclick = "";}' class="_attachment _photo" id=0126da67b553000e36c645ac src="http://ncc.phinf.naver.net/ncc02/2010/2/17/52/17.jpg"></TD></TR></TBODY></TABLE></TD></TR></TBODY></TABLE>

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식물의 재는 많은 종류의 염을 포함하고 있다.&nbsp; 왜냐하면, 식물 성장과 유지에 필요했던 금속 이온(K+, Na+)이 연소할 때 형성되는 탄소산화물이나 질소산화물과 결합하면 탄산염과 질산염을 비롯한 많은 염이 생성되기 때문이다.&nbsp; 식물의 위치나 토양에 따라서 주로 형성되는 염의 종류도 달라진다. 육지 식물의 재에는 탄산칼륨이, 바다식물의 재에는 탄산나트륨이 더 많이 포함되어 있다.&nbsp; 결국 잿물이 염기성을 띠는 것은 탄산염이 물에 녹고, 위에 설명한 것처럼 탄산음이온이 가수분해되어 OH-이 생성되었기 때문이다.
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1950~60년대는 우리나라는 세계에서 못사는 나라로 1~2등을 다투던 나라였고, 북한이 우리보다 더 잘 살았던 때이다.&nbsp;농촌은 물론 도시에도 빈민이 넘쳐 났었고, ‘너무 가난해서 먹고 죽을 양잿물도 없다.’는 말을 심심치 않게 들을 수 있었다.&nbsp; 우리가 얼마나 가난하게 살았으면 그런 표현이 난무했을까 생각할수록 가슴이 아려온다.</TD></TR></TBODY></TABLE></TD></TR></TBODY></TABLE>
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<DIV class=thumb><img onLoad='miniSelfResize(contents_55,this); if(this.parentNode.tagName=="A"){this.onclick = "";}' class="_attachment _photo" id=012534749b3b002279531bff src="http://ncc.phinf.naver.net/ncc01/2009/11/27/80/%BF%A9%C0%CE%C7%FC.jpg"></DIV>
<DL class=writer>
<DT>글 여인형 / 동국대 화학과 교수 
<DD>서강대학교 화학과를 졸업하고, 미국 아이오와 주립대학교에서 박사학위를 받았다. 현재 동국대 화학과 교수이다. [퀴리 부인은 무슨 비누를 썼을까?]를 썼고, [화학의 현재와 미래]를 대표 번역하였다.</DD></DL></DIV>
이미지 gettyimages/멀티비츠, TOPIC / corbis 출처 : 네이버 오늘의 과학 - 화학산책</DIV>
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