산과 염기의 정의 (아레니우스, 브뢴스테드-로우리, 루이스)

§ 아레니우스의 이온화설

 

아레니우스는 물에 녹아서

 

 * H+ 를 내 놓는 물질이 산

 * OH- 를 내 놓는 물질이 염기

 

라고 정의하였다. 하지만 수용액 상태인 경우에서만 설명 가능하고 그마저도 설명하기 애매한 경우가 생긴다. 예를 들어 아레니우스의 이론대로 라면 암모니아가 염기가 되기 위해선 아래와 같은 과정으로 해리 되어야 한다.

 

NH3 + H2O -> NH4OH -> NH4+ + OH−

 

이렇게 되면 암모니아 수용액은 물에 녹아 수산화 암모늄이 되고 이 수산화 암모늄이 OH- 를 내놓기 때문에 염기가 맞는것이다. 하지만 실제로는 암모니아와 물이 만나면 수산화 암모늄이 되는 과정 없이 바로 NH4+ 와 OH-로 분리 돼 버린다. 즉 위 반응식은 아레니우스의 이론에 억지로 맞추기 위한 반응식이라고 할 수 있다.

 

 

§ 브뤤스테드-로우리 정리

 

저 현상을 자연스럽게 설명 하기 위해 브뤤테스르와 로우리는 다른 이론을 제시한다. NH3 + H2O가 NH4+와 OH-로 분리 되는 것은 수산화암모늄이 OH-를 내놓는 것이 아니라 암모니아가 H+를 받아 들이기 때문이라는 것이었다. 즉

 

 * H+ 를 내놓는 것이 산

 * H+ 를 받는 것이 염기

 

라고 정의를 한 것이다. 이 정리를 이용하면 저 반응식 이외에도 많은 것들을 자연스럽게 설명 할 수 있게 된다.

 

 

§ 루이스 산염기

 

브뤤스테드-로우리 정리보다 더 포괄적인 루이스 산염기 이론도 있다. 이 이론은 산과 염기의 주체를 H+가 아닌 전자쌍으로 보는 것이다. 굳이 H+ 이온이 오가지 않더라도

 

 * 전자쌍을 받는 것이 산

 * 전자쌍을 주는 것이 염기

 

라고 정의 하였다. 이렇게 되면 브뤤스테드-로우리의 관점에 보면 산, 염기가 아닌것도 루이스 정리에선 상당히 많은 물질이 산, 염기가 되게 된다. 우리가 일반적으로 산, 염기라 부르는건 브뤤스테드-로우리 정리에 의한 것이지만 루이스 정리에서 정의된 산, 염기 개념도 필요 할때가 있으므로 루이스 정리에서만 산, 염기가 될 수 있는 물질은 그냥 "산", "염기"가 아닌 "루이스 산", "루이스 염기" 라고 부른다.

 

 

각각 이론에서 말하는 산, 염기는 아래와 같은 포함 관계를 가진다.

 

아레니우스 산, 염기 ⊂ 브뤤스테드-로우리 산, 염기 ⊂ 루이스 산, 염기