물의 자동이온화와 이온곱 상수, Kw ★

물의 자동이온화와 이온곱 상수, Kw

 

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▶ 참고: 물의 자동이온화

[ https://ywpop.tistory.com/19786 ]

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[1] 물의 자동이온화. auto-ionization of water

 

▶ 순수한 물은 매우 약한 전해질이다.

( 참고 https://ywpop.tistory.com/21807 )

 

매우 약하긴 해도 전해질이기 때문에,

다음과 같이 물 분자는 극히 일부가 이온화된다.

 

 

H2O(l) + H2O(l) ⇌ H3O^+(aq) + OH^-(aq)

 

 

 

이것을 “물의 자동이온화”라고 한다.

 

 

 

 

 

 

[그림] Hydronium ion, H3O^+.

 

 

 

 

▶ 브뢴스테드 산-염기 개념으로 설명하면,

 

 

---> 물의 자체 양성자 이동 (autoprotolysis of water)

( 참고 https://en.wikipedia.org/wiki/Autoprotolysis )

 

 

 

 

[2] 물의 이온곱 상수, Kw. ionic product of water

 

▶ 물의 자동이온화 식에서,

H2O(l) ⇌ H^+(aq) + OH^-(aq)

 

평형 상수는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

 

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/10463 ] 물의 평형상수, 1.8×10^(-16)

 

 

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▶ 물 분자는 극히 일부만 이온화하기 때문에, 물의 농도는 거의 변하지 않는다.

따라서 물의 농도를 일정하다고 가정하면(상수로 취급하면),

(1)식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

 

 

 

 

[상수 × 상수 = 상수]이기 때문에,

평형 상수와 물의 농도의 곱, Kc×[H2O]를 새로운 상수인 Kw로 나타내고,

이 새로운 상수를 “물의 이온곱 상수”라 부르자.

 

 

 

이제 (2)식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

 

 

⇨ 물의 이온곱 상수는 어떤 온도에서,

H^+ 이온의 몰농도와 OH^- 이온의 몰농도의 곱이다.

 

 

 

▶ 25℃, 순수한 물에서,

H^+ 이온의 몰농도와 OH^- 이온의 몰농도는 다음과 같기 때문에,

 

 

 

 

물의 이온곱 상수의 값은 다음과 같다.

 

 

 

 

 

> Kw = [H^+][OH^-] = (1.0×10^(-7)) (1.0×10^(-7)) = (1.0×10^(-14))

> pH = –log[H^+] = –log(1.0×10^(-7)) = 7

> pOH = –log[OH^-] = –log(1.0×10^(-7)) = 7

> pKw = –log(1.0×10^(-14)) = 14

> pH + pOH = 14

> pKw = 14

> pH + pOH = pKw

 

 

 

 

[도표] pH of dilute solutions of acids and bases at 25℃

 

 

 

 

 

▶ [H^+]가 주어졌을 때, [OH^-] 계산

Kw = [H^+][OH^-] = 1.0×10^(-14) 이므로,

[OH^-] = (1.0×10^(-14)) / [H^+]

 

 

▶ [OH^-]가 주어졌을 때, [H^+] 계산

Kw = [H^+][OH^-] = 1.0×10^(-14) 이므로,

[H^+] = (1.0×10^(-14)) / [OH^-]

[ 관련 예제 https://ywpop.tistory.com/9199 ]

 

 

 

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/2706 ] pH 값, 산도의 측정

 

[ 관련 예제 https://ywpop.tistory.com/16384 ] 750 atm, 200℃로 과열된 물의 Kw = 1.5×10^(-11)

 

[ 관련 예제 https://ywpop.tistory.com/16669 ] 10℃ 순수한 물의 Kw = 2.9×10^(-15)

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/15807 ]

공유 결합 화합물의 이온화. 탄소 양이온과 탄소 음이온

 

 

 

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