탄산수소나트륨이 가수분해 시 알칼리성인 이유는?

NaHCO3 + H2O → 알칼리성 ?

의문 : 탄산은 약산인데 왜 가수분해 시 알칼리성을 띄는 것인가?

Q1 : 탄산이 약산인 이유는?

A : H₂CO₃ + H₂O ⇔ H₃O⁺ + HCO₃^-
H₂CO₃ → HCO₃^-  Ka = 4.4 × 10^-7     / pKa = 6.35
H₃O⁺ → H₂O      Ka = 5.6 × 10^-11 / pKa = -1.74

H₂O의 pKa가 더 작으므로 H₂CO₃보다 더 센산이다.
센산은 H⁺ 이온을 내 놓으려한다.

따라서 반응은 오른쪽으로 덜 진행될 것이다.
탄산이 약산인 이유이다.

생각1 : 탄산수소나트륨의 가수분해 반응식은?

A : NaHCO₃ + H₂O ⇔ NaOH + H₂CO₃
H₂CO₃^- + H₂O ⇔ H₃O+ + HCO₃^-

HCO₃^- + H₂O ⇔ H₃O⁺ + CO₃^2-

이렇게 산성을 띄지 않을까 하고 생각

여기서 오류1. 이 식이 맞는가?
         오류2. 이온으로 표시해야한다.
                   이유 ↓

이온성 물질(염)이 물에 녹으면 독립적인 양이온과 음이온으로 분해된다.
이온성 고체가 물에 녹으면 이온들은 수화되어 흩어진다.
(줌달 일반화학 10th p.144)

 

생각2 : 탄산수소나트륨의 가수분해 반응식은?

A : NaHCO₃ + H₂O ⇔ Na⁺ + HCO₃^- + H⁺ + OH^-
    HCO₃^- + H₂O ⇔ H₂CO₃ + OH^-

H₂CO₃ ⇔ HCO₃^-     pKa₁ = 6.35
HCO₃^- ⇔ H₂CO₃     Kb = Kw/Ka = 2.238 x 10^-8  / pKb = 7.65

pKb가 7.65 이고 완전히 해리되지 않고 OH- 이온을 내놓으니
알칼리성 일 것이다.

생각3 : HCO₃^-가 산으로 작용한다면?

A : NaHCO₃ +H₂O ⇔ Na⁺ + HCO₃^- + H⁺ + OH^-
     HCO₃^- + H₂O ⇔ CO₃^2- + H₃O⁺

HCO₃^- ⇔ CO₃^2-     pKa₂ = 10.3
H₂O ⇔ H₃O⁺        pKa = -1.74

역반응이 우세할 것으로 예상.

"약한 산과 염기로 이루어진 염은 약한 산의 음이온이 가수 분해하여 수용액이 염기성을 나타내게 된다."
(약산의 음이온은 염기이다.)
에 근거하여

결론적으로 알칼리성이다.

애초에 탄산수소나트륨은 pH 8~9로 약염기여서 가수분해 시 염기성이 맞다.