[강신종 쌤의 '재미있는 과학이야기' (28)] 산(acid)은 레몬에 많고 염기는 비누에 많죠

산·염기(하)

pH7보다 낮으면 산성 ↑, 높으면 염기성 ↑

아레니우스, 브뢴스테드-로우리, 루이스 등의 산(acid) 염기(base)의 정의가 있지만, 초등학교부터 고등학교 1학년까지는 아레니우스 정의로 산과 염기를 배웠고, 브뢴스테드-로우리와 루이스의 정의는 화학Ⅰ에서 배운다. 암모니아(NH3)를 아레니우스 염기라고 말할 수 없다. 하지만 물에 녹아 양성자(H+)를 받아들이고, 비공유 전자쌍을 제공할 수 있기 때문에 암모니아는 브뢴스테드-로우리 염기와 루이스 염기라 할 수 있다.

산(acid)은 본래는 시큼하다는 의미가 있는 ‘acidus’라는 라틴어에 뿌리를 두고 있다. 우리 주변에 있는 대표적인 산은 사과나 레몬과 같이 과일에 포함된 것으로, 산이 많이 포함된 과일은 시큼한 맛이 난다. 또한 수용액 상태에서 전류가 흐르고, 마그네슘(Mg)과 같은 금속과 반응하면 수소 기체(H2)가 발생한다. 탄산칼슘(CaCO3) 등과 같은 염기성 물질과는 중화 반응을 한다.

이산화탄소(CO2), 질소산화물(NOx), 황산화물(SO2) 등은 비금속 원소와 산소 원소의 결합으로 돼 있으며, 이들을 비금속 산화물이라 하며, 물에 용해돼 산의 성질을 갖는 물질이다. 예를 들면 구름에서 비(雨)가 지상으로 떨어지는 동안에 공기 중 이산화탄소(CO2) 기체의 영향으로 pH는 5.7까지 낮아질 수 있다. 여기에 질소산화물(NOx), 황산화물(SO2) 기체 등의 영향에 의해 pH는 5.6 이하로 낮아지며 이를 산성비라 한다. 산성비 기준은 국가마다 다르지만 우리나라는 pH5.6 미만 비를 산성비로 정의한다.

지시약으로 산과 염기 구분

산화마그네슘(MgO), 산화칼슘(CaO) 등은 금속 원소와 산소 원소의 결합으로 이뤄져 있으며 이들을 금속 산화물이라 한다. 이들은 염기의 성질을 갖는다. 비누(RCOONa), 베이킹파우더 등은 주변에서 가장 쉽게 찾을 수 있는 염기성 물질이다. 염기성을 갖는 물질은 쓴맛을 내거나 피부에 닿았을 때 미끈거리는 성질이 있다.

산과 염기를 구별하는 방법은 지시약을 사용하는 것이다. 푸른색 리트머스 종이가 붉은색으로 변하면 산성, 붉은색 리트머스 종이가 푸른색으로 변하면 염기성을 띠는 물질로 구별하면 된다. 페놀프탈레인은 염기를 구별하는 좋은 지시약이다. 페놀프탈레인은 산성과 중성에서는 무색이고 염기성을 만나면 붉은색으로 변한다.

pH는 수소이온(H+) 농도를 나타내는 값으로, pH를 사용해 산과 염기를 구별하고 산과 염기의 세기도 나타낸다. pH7을 기준(중성)으로 숫자가 작아질수록 강한 산성이며 pH 숫자가 큰 값으로 갈수록 강한 염기를 나타내는 것이다.

레몬의 pH는 약 2정도며, 바나나는 pH가 약 3정도, 달걀흰자는 pH가 약 8정도다. 따라서 레몬과 바나나는 산성이며, 달걀흰자는 염기성이다. 레몬은 바나나보다 강한 산성 물질로 구분하면 되는 것이다.

중화 반응으로 위를 다스려

산과 염기가 만나 물(H2O)과 염이 생성되는 반응을 중화 반응(neutralization reaction)이라 한다. 묽은 염산(HCl) 수용액과 묽은 수산화나트륨(NaOH) 수용액을 섞으면 중화 반응이 일어난다. 수용액 속에 존재하던 H+, Cl-, Na+, OH- 네 종류의 이온 중에서 H+와 OH-가 반응해 물(H2O)을 만드는데, 이를 중화 반응의 알짜이온 반응이라 한다. H+와 OH-가 반응해 물을 만드는 과정은 발열 반응이기에 중화 반응이 일어나 중화점에서는 온도가 상승한다. 이와 달리 Cl-와 Na+는 구경꾼 이온이라 하며, 구경꾼 이온은 중화 반응에 참여하지 않고 수용액에 이온 혹은 앙금 상태로 존재하는 물질을 염이라 한다.

pH 약 2정도의 위액이 과도하게 분비되면 속 쓰림과 위의 통증을 느낀다. 이때 우리는 제산제(Antacids)를 섭취하는데 탄산수소나트륨(NaHCO3)과 같은 약한 염기성 물질인 제산제가 산성인 위액과의 중화 반응의 결과 속 쓰린 것이 사라진다.

강신종 < 용화여고 교사 >