pKa와 산의 세기 결정하는 요인들

오늘은 pKa와 산의 세기 결정하는 요인들에 대해 알아보겠습니다.

 

산 해리 상수

 

HA ↔ H+ + A- 일 때 산 해리 상수 Ka는 아래와 같이 나타냅니다.

pKa = - logKa 입니다.

pKa 값이 작을 수록 강산입니다.

반대로 pKa 값이 클수록 산도가 약한 편입니다.

두 물질 간의 산도를 비교하려면 pKa를 알면 됩니다.

기본적인 pKa는 외워야 하겠지만, 세상에 있는 모든 물질의 산 해리 상수를 일일히 외우기는 현실적으로 힘듭니다.

그렇다면 pKa를 모르고도 두 물질의 산도를 어떻게 비교 할 수 있을 까요?

 

BL 반응에서 산은 양성자를 잃고 짝염기가 되고, 염기는 짝산이 됩니다. 

만약 물질이 강산이라면 짝염기는 안정해지집니다! 

( 그리고 강산일 수록 짝염기의 pKa값은 작아집니다.)

짝염기의 안정도를 알게 되면 짝산의 산도를 알 수 있습니다!

두 물질 간의 산성도를 상대적으로 비교하기 위해서는 짝염기의 안정도를 비교하면 되겠군요!

그렇다면 짝 염기의 안정도는 어떻게 알 수 있을까요?

 

산의 세기를 결정하는 요인들

 

1. 원소 효과 (element effects)

 

같은 주기 : 전기음성도 EN이 큰 원자에 결합한 수소일 수록 산도가 큰 편입니다.

( 주기율표에서 오른쪽으로 갈 수록 전기음성도가 커집니다.)

같은 족 : 크기가 큰 원자에 결합한 수소의 산도가 큰 편입니다.

원자의 크기가 크면 음전하가 더 넓은 공간에 퍼질 수 있기 때문입니다.

( 주기율표에서 아래로 갈 수록 원소가 커집니다.)

다만, 전기음성도와 크기를 비교할 때 크기가 더 먼저 고려합니다!

 

산 : HF HCl HBr HI

짝염기: F- CI- Br- I-

원소의 크기: F < CI < Br < I 이기 때문에

짝염기의 안정도는 F- < CI- < Br - < I- 입니다.

따라서 산의 세기는 HF < HCI < HBr < HI 입니다.

 

2. 유발(유도) 효과 : inductive effects

두 원자 사이의 전기 음성도의 차이로 인해서 전자 구름이 한 쪽으로 치우칠 때 생긴 분극에 의해 나타나는 효과입니다.

시그마 결합을 통해 전자 밀도를 끌어당겨서 음전하를 안정화시키는 것을 의미합니다.

 

3. 공명 효과 : Resonance effects

짝염기가 공명 안정화 될수록 산도가 증가합니다.

 

오른쪽 짝염기는 공명 안전화로 NO2 그룹이 공명되기 때문에 왼쪽 보다 산도가 강합니다.

 

4. 혼성화 효과

짝염기의 s성질 백분율이 증가할 수록 산도는 증가합니다.

 

산도: CH3CH3 < CH2=CH2 < HC≡CH

s성질 : CH3CH2- < CH2=CH- < HC≡C-

 

pKa와 산의 세기 결정하는 요인들에 대해 알아보았습니다.

원소, 공명, 유발, 혼성화 효과! 꼭 기억해 두도록 합시다.

 

산과 염기의 정의