크기가 작고 전하가 큰 금속 양이온과 물의 가수분해 반응

크기가 작고 전하가 큰 금속 양이온과 물의 가수분해 반응

 

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▶ 참고: 제16장 산-염기 평형. 목차

[ https://ywpop.tistory.com/15336 ]

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예) AlCl3

⇨ 크기가 작고 전하가 큰 금속 양이온(Al^3+)과

강산의 짝염기(Cl^-)로 이루어진 염은

산성 용액을 만든다.

 

 

 

(1) AlCl3를 물에 용해시키면, 다음과 같이 이온화된다.

 

AlCl3(s) + H2O(l) → Al^3+(aq) + 3Cl^-(aq)

 

 

 

(2) 이때 생성된 Al^3+ 이온은

물 분자 6개가 수화된 형태, [Al(H2O)6]^3+로 존재한다.

 

 

(3) [Al(H2O)6]^3+ 이온과 물 사이에 가수분해 반응이 일어난다.

 

---> 가수분해 결과, 생성된 H^+ 이온 때문에 산성 용액을 만든다.

 

 

 

 

[ 그림 출처 2012books.lardbucket.org ]

(a) Reaction of the metal ion Al^3+ with water to form the hydrated metal ion is an example of a Lewis acid-base reaction. (b) The positive charge on the aluminum ion attracts electron density from the oxygen atoms, which shifts electron density away from the O–H bonds. The decrease in electron density weakens the O–H bonds in the water molecules and makes it easier for them to lose a proton.

 

 

 

크기가 작고 전하가 큰 금속 양이온(Al^3+)이

( Al^3+ 이온의 전하 밀도는 높다. 그래서 양전하가 세다, 강하다. )

수화된 물 분자의 결합 전자들을 강하게 끌어당긴다.

이 때문에 물 분자의 전자 밀도는 감소되고,

이것은 물 분자의 원자간 (공유) 결합력을 약화시킨다.

---> 수화된 물 분자의 수소 원자는 잘 떨어져 나간다.

---> 가수분해 반응이 일어난다.

 

 

 

 

[ 그림 출처 2012books.lardbucket.org ]

 

 

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[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/16735 ] amphoteric [Al(H2O)3(OH)3]

[Al(H2O)6]^3+(aq) + H2O(l) ⇌ [Al(H2O)5OH]^2+(aq) + H3O^+(aq)

[Al(H2O)4(OH)2]^+(aq) + H2O(l) ⇌ [Al(H2O)3(OH)3](s) + H3O^+(aq)

[Al(H2O)3(OH)3](s) + H2O(l) ⇌ [Al(H2O)2(OH)4]^-(aq) + H3O^+(aq)

 

 

 

 

 

[ 그림 출처 Wikimedia ] Radii of some elements as neutral atoms, and cations (red) and anions (blue) derived from those atoms. Radii are given in picometers.

 

 

 

 

[도표] 25℃ 수용액에서, 금속 양이온의 산 이온화 상수

 

 

> 약산인 acetic acid, CH3COOH의 Ka = 1.8×10^(-5)

 

 

 

▶ Greater charge and smaller size make a cation more acidic.

 

 

▶ Metal aqua ions display varying pKa values

that are dependent on size and charge.

1) The smaller the metal ion, the more acidic it will be.

2) The higher the charge on metal ions of about the same size,

the more acidic will the metal ion be.

 

 

 

 

[참고] 가수분해 반응

수화된 금속 이온의 가수분해 반응은

[Al(H2O)6]^3+(aq) + H2O(l) ⇌ [Al(H2O)5OH]^2+(aq) + H3O^+(aq)

 

약산/약염기의 이온화 반응처럼,

극히 일부만 일어나는 평형 반응(⇌)이다.

[Al(H2O)6]^3+(aq) + H2O(l) ←←←→ [Al(H2O)5OH]^2+(aq) + H3O^+(aq)

 

 

 

[참고] 산-염기 반응

Al(OH)3(aq) + 3H^+(aq) → Al^3+(aq) + 3H2O(l)

( 참고 https://ywpop.blogspot.com/2023/10/hcl-aloh3.html )

 

 

 

 

[참고] Metal aquo complexes

Metal aquo complexes are coordination compounds

containing metal ions with only water as a ligand.

( 링크 https://en.wikipedia.org/wiki/Metal_aquo_complex )

 

 

 

 

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