예전에는 산소와 다른 물질이 화합하는 현상을 산화, 그것과 역으로 산화화합물로부터 산소원자를 빼앗는 화학변화를 환원이라고 하였으나, 그후 많은 현상의 발견, 개념의 변천•확장 등에 의하여 다음과 같은 현상을 말하게 되었다.
좁은 뜻에서는 어떤 물질과 산소가 화합하는 것, 즉 산소수가 증가하는 것, 또는 그 물질에서 수소를 떼어내는 것을 산화라고 한다.
예를 들면, 공기 중에서 탄소나 황을 연소시키는 것은
C＋O2 → CO2
S＋O2 → SO2
와 같이 산소와 화합하기 때문에 산화이다. 또 에탄올 CH3CH2OH를 적당한 산화제와 반응시키면 아세트 알데히드 CH3CHO를 생성하고 원래의 에탄올보다도 분자 중의 수소수가 감소하는 것도 산화이다.
이에대하여 어떤 물질로부터 산소를 뺏거나 수소를 주는 것을 환원이라고 한다. 넓은 뜻으로는, 일반적으로 화학반응이 일어난 전후에 1개의 원소에 주목하였을 때, 그 원소는 산화되었다고 한다. 이 경우, 그 원소의 산화수의 증가는 다른 어느 원소의 산화수의 감소를 뜻하므로 그 원소의 산화에 의하여 다른 원소의 환원을 볼 수 있고, 산화와 환원은 항상 동반된다고 할 수 있다.
산화에서의 산화수의 변화는 이온인 경우는 양전하의 증가, 음전하의 감소로 나타나는데 어느 경우이든 그것은 전자를 방출하는 반응이 산화가 된다.
예를 들면,
C+O2 → CO2
에서는 C의 산화수 0 및 O의 산화수 0인데, CO의 C에서는 ＋4, O의 산화수 －2인 사실에서 C는 산화되고, O는 환원되어 있다.
또 예를 들면, 아연을 묽은황산에 녹일 때의 반응은 Zn+H2SO4 → ZnSO4+H2 이며, Zn은 Zn2+가 되어 양전하가 증가하고 있으므로 산화이다.
알카리
옛날 아라비아인들은 식물의 재(주성분이 육상식물에서는 탄산칼륨, 해산식물에서는 탄산나트륨)를 알칼리라고 했는데, 알(al)은 물질, 칼리(kali)는 재라는 뜻이다. 이것이 그 후 일반화되어 재로부터 추출된 물질과 비슷한 성질, 즉 강한 염기성을 나타내는 물질을 모두 알칼리라고 부르게 되었다.현재는 주로 알칼리 금속 및 알칼리토금속의 수산화물로, 물에 녹는 것을 알칼리라고 한다.
넓은 뜻에서는 이것들 외에도 나트륨이나 칼륨의 탄산염 •인산염 •암모니아 •아민 등을 포함시킨다.
일반적으로 물에 녹아 알칼리성을 나타낸다. 즉 잿물과 비슷한 맛이 있고, 비눗물과 같이 유지류를 세척하는 작용이 있으며, 적색 리트머스 시험지를 청색으로 변화시킨다. 또 수소이온농도(pH)는 7 이상 이고 산을 중화 시킨다.
수산화나트륨 NaOH, 수산화칼륨 KOH, 세탁나트륨 Na2CO3 •10H2O 등은 대표적인 예이다. 인체의 혈액은 중성에 가까운 약알칼리성을 나타내며, 실측에 의하면 pH 7.4 전후의 값을 가진다. 이 산염기평형이 깨어 지고 산성 으로 기울어지면 산증(酸症:acidosis), 알칼리성으로 기울어지면 알칼리증 (alkalosis)이라고 한다.
산과 염기
산과 염기의 정의는 화학자들에 의하여 수세기 전에 그의 수용액의 성질을 이용하여 설명되어 왔다.
이들의 정의에서 산이란 그 수용액이 신맛을 가지며 푸른 리트머스를 붉게하고, 활성 금속과 반응하여 수소를 내고 염기를 중화 시키는 물질이다.
마찬가지로 염기란 그 수용액이 쓴맛을 가지며 붉은 리트머스를 푸르게 하고 미끌미끌하며 산을중화 하는 물질이다.
중화
HCl과 같은 센 산과 NaOH와 같은 센 염기가 같은 당량이 수용액에서 만나게 되면 산의 옥소늄 이온과 염기의 수산화 이온이 결합하여 물이 된다. 이 반응은 중화(neutralization)로 알려져 있다.
완전한 이온 방정식은
H3O+ + Cl- + Na+ + OH- → Na+ + Cl- + 2H2O 이거나 간단히
H+ + Cl- + Na+ + OH- → Na+ + Cl- + H2O 이다.
pH와 수소 이온 농도
수소 이온 농도는 그 자체로 쓰기에는 대개 농도값이 너무 작아서 불편하므로 pH = -log[H+]로 정의하여 사용된다.
산성, 염기성, 중성 용액의 수소이온 농도를 표시하는 보편적이고 편리한 방법은 pH라는 용어를 쓰는 것이다
중성인 용액은 pH = 7 이고,
산성인 용액은 pH < 7 이며,
염기성인 용액은 pH > 7, 이다.
이온결합
1) 금속 원소 : 전자를 잃어 양이온이 되기 쉬운 원소
2) 비금속 원소 : 전자를 얻어 음이온이 되기 쉬운 원소
3) 이온의 형성 원리 : 옥텟 규칙 → 최외각에 8개의 즉 18족 원소와 같은 전자배치로 안정해지려는 경향
******* 결합의 원칙 *****
* 모든 원자는 안정해지기 위해 결합 형성
* 원자가 안정해질려면 옥텟을 형성 → 비활성 기체와 같은 전자 배치
* 안정해지려면 낮은 에너지 상태에 있어야 한다 : 결합형성시 에너지 방출
공유결합의 형성
전자를 비교적 내어 놓기 어려운 원자(전자에 대한 인력이 큰 원소)가 접근 상대편 원자의 홀전자를
자기의 전자껍질로 끌어들이기 위해 잡아 당김
그 홀전자들을 두 원자 사이에 전자쌍으로 공유 → 비활성 기체와 같은 전자
(옥텟 형성) → 결합 형성 → 공유 결합 물질
H• + •H → HːH (He과 같은 전자배치
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