물의 자동이온화 반응이 일어나는 원리는 무엇인가요?

Question

안녕하세요, 산 염기 반응이 진행될 때 물만 있다고 하더라도 하나는 산, 하나는 염기로 작용하는 물의 자동이온화 반응이 일어나는 원리는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요.

네, 말씀해주신 것처럼 산-염기 반응이 나타날 때 물은 스스로 약한 산과 약한 염기로 동시에 작용할 수 있는데요, 자동이온화가 일어나는 이유는 물 분자가 양성자(H⁺)를 주고받을 수 있는 능력을 갖기 때문입니다. 물 분자는 O–H 결합이 극성이며, 산소는 전기음성도가 크기 때문에 전자 밀도가 산소 쪽으로 치우쳐 있는데요, 이 때문에 수소 원자는 부분 양전하(δ⁺)를 띠어 쉽게 떨어져 나갈 수 있습니다. 이때 한 분자의 물이 산(Acid)처럼 H⁺를 내놓을 수 있고, 다른 분자의 물이 염기(Base)처럼 H⁺를 받아들일 수 있는데요 따라서 물 분자끼리 충돌 시, 일부가 H⁺를 주고받게 되며 상온(25 ℃)에서 물 분자들이 끊임없이 운동하다가 일부가 이온화되며, 대부분은 다시 결합합니다. 즉 물은 순수해도 이온이 전혀 없는 것이 아니라 소량의 H+을 주고 받은 이온 상태로 존재하게 되며 이 때문에 pH 개념을 정의할 수 있고, 산성과 염기의 기준이 마련됩니다. 감사합니다.