산이란 뭘까? 알칼리란 뭘까?

화학이 재미있어.

산에는 산소가 없다 !

" 산(酸)이란?

1.신맛이 나고,

2. 많은 물질을 녹이고,

3. 식물성유색 색소(리트머스)를 빨간색으로 물들이고,

4. 알칼리와 반응하면 그때까지 가지고 있던 모든 성질을 잃는 물질이다. "

(로버트 보일 RobertBoyle 1660년)         

영국의 화학자 로버트 보일이 처음 정의한 산이다.

프랑스의 화학자 라부지에는 산의 본질을 그 구성원소에서 파악하려했다. 당시에 산은 반드시 산소가 들어 있으며, 산성의 원인은 산소와 원소의 비금속성에 있다고 생각했기에 라부지에도 산을 특정짓는 원소로 '산소'를 염두에 두고 연구를 했다. 따라서 식염과 황산을 만드는 염산도 당연히 산소를 지닌 화합물이라고 생각했다. 그런데 염산이 산소를 지니지 않은 염화수소의 수용액임이 밝혀지자 화학자들은 당혹해졌다.

식초나 염산은 신맛을내고 리트머스를 빨간색으로 물들이고 아연이나 철 등의 금속을 녹여 수소가스를 발생시킨다. 이러한 성질을 산성이라고 한다. 화합물 중에서 그 수용액이 산성을 나타내는 것이 산이다.

산은 뭘까?

독일의 화학자인 유스투스 폰 리비히 Justus von Liebig 1803-1873 는 산을 ' 금속 원소로 환원되는 수소가 있는 화합물 ' 로 정의했다. 예를들면 아연은 황산과 반응해서 황산아연과 수소가 된다. 황산의 수소가 아연으로 환원된 것이다. 산의 수소가 금속으로 치환되면 산성이 사라지거나 약해진다. 즉 산의 성질은 수소에 따른 것이라는 것을 알게 되었다.

그렇다고 수소를 구성요소로 하는 모든 화합물이 산성을 띄는 것은 아니다. 수소 원자 4개인 메탄 CH4이나 수소원자 6개인 에탄올 C2H5OH 은 아연과 같은 금속으로 치환할 수 맀는 수소 원자는 한 개도 없다.

이 차이를 명확히 밝혀낸 스웨덴 화학자 스반데 아레니우스 Svante Arrhenius 1859-1927 의 전리설(電離說)을 보자. 산은 수용액 속에서 수소 이온을 내는 물질이다. 즉 산이냐 아니냐는 물질을 구성하는 수소 원자가 수용액 속에서 전리해 수소 이온이 되느냐 되지 않느냐에 따라 결정된다는 것이다. 이에 따라 산성은 수소 이온 H+ (정확히 말하면 옥소늄 이온 또는 하이드로늄 이온 H3O+) 에 따라 결정되는 것이 분명해졌다. 아레니우스의 산의 정의가 공식적으로 채택되어 현재까지도 통용되는 설이다.

알칼리란 무엇일까?

염기(鹽基)는 화학적으로는 산의 반대 물질이다. 산을 중화시키는 물질이기도 하다. 염기(base)는 소금의 바탕(base of salt)이라는 의미로 산과 중화되어 속ㅁ을 만드는 물질이다.

알칼리는 아라비아인이 육지 식물의 재(주성분은 탄산칼륨)와 바다 식물의 재(주성분은 탄산나트륨)를 통칭하는이름이다. ' 칼리 ' 란 재를 뜻한다. 후에 ' 염기 중에서 물에 잘 녹는 것(수산화나트륨, 수산화칼륨)에 한정해서알칼리라고 부르는 방식이 일반화되었다. 주로 알칼리 금속(주기율표 1족인 리튬부터 그 아래), 알칼리 토금속(주기율표 2족인 칼슘부터 그 아래)의 수산화물을 가리킨다.