통합과학 중3 화학 반응의 규칙성 심화

산화·환원·중화

산화·환원 반응과 산·염기 중화 반응을 전자 이동과 이온 관점에서 분석한다.

산화는 전자를 잃는 것, 환원은 전자를 얻는 것이며 둘은 항상 동시에 일어나고, 중화 반응은 산의 수소 이온과 염기의 수산화 이온이 만나 물이 되는 반응입니다.

산화·환원은 전자를 주고받는 거래입니다. 파는 사람이 있으면 반드시 사는 사람이 있듯, 전자를 잃은 물질이 있으면 그 전자를 받은 물질이 어딘가에 반드시 있습니다.

쉽게 말하면

처음에는 산화를 '산소와 결합하는 것', 환원을 '산소를 잃는 것'이라고 배웁니다. 이 정의는 틀리지 않지만 좁습니다. 산소가 등장하지 않는 반응에서도 똑같은 일이 벌어지기 때문입니다. 더 넓게 보면 산화는 전자를 잃는 것, 환원은 전자를 얻는 것입니다. 산소가 전자를 강하게 끌어당기는 원소라서, 산소와 결합하면 대개 전자를 빼앗기게 되는 것뿐입니다.

중요한 것은 두 반응이 절대 따로 일어나지 않는다는 점입니다. 어떤 물질이 전자를 잃었다면 그 전자를 받은 물질이 반드시 있습니다. 그래서 산화·환원 반응이라고 붙여 부릅니다. 철이 녹스는 것, 나무가 타는 것, 광석에서 금속을 뽑아내는 제련, 우리 몸의 호흡까지 모두 전자가 이동하는 같은 종류의 사건입니다.

중화 반응은 산과 염기에서 배운 두 물질이 만나는 반응입니다. 산이 내놓는 수소 이온( $H^{+}$ )과 염기가 내놓는 수산화 이온( $O H^{-}$ )이 1 : 1로 만나 물이 됩니다. 산성을 띠게 하던 이온과 염기성을 띠게 하던 이온이 서로를 없애 물이 되므로, 산성도 염기성도 약해집니다.

$H^{+} + O H^{-} \to H_{2} O$

중화 반응이 일어나는 동안 열이 납니다(중화열). 산과 염기의 양이 딱 맞아떨어지는 지점에서 온도가 가장 높이 올라가는데, 그때 반응한 이온의 수가 가장 많기 때문입니다. 온도 변화가 중화점을 찾는 단서가 되는 이유입니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

철이 녹스는 것도, 몸이 호흡하는 것도 산화

철이 공기 중의 산소와 천천히 결합해 붉은 녹이 됩니다. 우리 몸에서 포도당이 산소와 반응해 에너지를 내는 것도 같은 종류의 산화 반응입니다. 속도만 다를 뿐 전자가 이동한다는 점은 같습니다.
예시 2

산화 구리와 탄소를 함께 가열하면

검은 산화 구리가 붉은 구리로 돌아오고, 탄소는 이산화 탄소가 됩니다. 산화 구리는 산소를 잃어 환원되고, 탄소는 산소를 얻어 산화된 것입니다. 한쪽이 환원되면 다른 쪽은 반드시 산화된다는 사실이 한 실험 안에서 동시에 보입니다.
예시 3

위산이 과다할 때 제산제를 먹는 이유

위 속의 산성 물질을 염기성 물질로 중화해 산성을 약하게 만드는 것입니다. 생선에 레몬즙을 뿌려 비린내(염기성 물질)를 줄이는 것, 벌에 쏘인 자리에 염기성 물질을 바르는 것도 같은 원리입니다.

산화와 환원

구분	산화	환원
산소 기준	산소를 얻는다	산소를 잃는다
전자 기준	전자를 잃는다	전자를 얻는다
언제 일어나나	반드시 환원과 동시에	반드시 산화와 동시에
예	철이 녹슨다, 나무가 탄다	산화 구리가 구리로 돌아온다

자주 하는 오해

산화만 따로 일어날 수 있다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움이 반응에서는 철이 산화되었을 뿐, 환원된 물질은 없다

실제로는철이 전자를 잃었다면 그 전자를 받은 물질이 반드시 있습니다. 산화와 환원은 언제나 짝으로 일어납니다.

전자는 사라지지 않습니다. 어딘가로 이동할 뿐입니다. 철이 녹슬 때 철이 잃은 전자는 산소가 받습니다 — 철은 산화되고 산소는 환원된 것입니다. '환원된 물질이 안 보인다'면 보통 산소를 빠뜨린 것입니다. 문제를 풀 때 산화된 물질을 찾았다면 반드시 '그럼 전자를 받은 쪽은 누구인가'를 함께 찾아야 합니다.

산과 염기를 섞으면 무조건 중성이 된다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움산성 용액에 염기성 용액을 넣었으니 중화 반응이 일어나 중성이 되었다

실제로는양이 딱 맞아떨어질 때만 중성이 됩니다. 산이 남으면 여전히 산성, 염기가 남으면 염기성입니다.

중화 반응은

H^{+}

와

O H^{-}

가 1 : 1로 짝지어 물이 되는 반응입니다. 짝을 찾지 못한 이온이 남으면 그 이온의 성질이 그대로 나타납니다. '중화 반응이 일어났다'와 '중성이 되었다'는 다른 말입니다 — 산성 용액에 염기를 한 방울만 떨어뜨려도 중화 반응은 그 즉시 일어나지만, 용액은 여전히 산성입니다.