양쪽성

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양쪽성

[ amphoteric ]

양쪽성(amphoteric) 물질은 산과 염기로 모두 반응할 수 있는 물질을 의미한다. 물 분자, 일부 금속의 산화물과 수산화물, 그리고 아미노산 등이 양쪽성 물질의 대표적인 예이다.

또한, 양쪽성(amphiphilic/amphipathic) 물질은 친수성과 소수성 부분을 동시에 가지고 있어서 수성 용매나 유성 용매에 모두 친화성이 있는 물질을 의미하기도 한다. 이 경위 '친양매성(amphiphilic)'이란 용어를 쓰기도 한다.

목차

  1. 1.산과 염기로 작용할 수 있는 양쪽성 물질(amphoteric substance)
  2. 2.친수성과 소수성 부분을 동시에 가진 양쪽성 물질(amphiphilic/amphipathic substance)

산과 염기로 작용할 수 있는 양쪽성 물질(amphoteric substance)

물 분자 (H2O)

물 분자는 대표적인 양쪽성 화합물이다. 물 분자의 자체 이온화(autoionization) 반응에서는 하나의 물 분자가 다른 물 분자에 양성자를 전달하면서 각각 산과 염기로 작용하여 수산화(hydroxide) 이온과 하이드로늄(hydronium) 이온을 형성한다.

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양쪽성 산화물 (amphoteric oxides)

금속 또는 비금속 산화물들은 아래 그림과 같이 산성, 염기성, 그리고 양쪽성 산화물로 분류될 수 있다. 이들 중 BeO, Al2O3, Ga2O3, SnO2, PbO2는 양쪽성 산화물로서 산과 염기의 특성을 동시에 지니고 있다. 양쪽성 산화물을 만드는 원소는 중간 정도의 전기음성도를 가지며, 산화물에서의 화학 결합은 대체로 중간 정도의 이온성-공유 결합성 특성을 가진다.

주족 원소의 가장 높은 산화 상태에서의 산화물. 산성, 염기성, 그리고 양쪽성 산화물로 분류할 수 있다.

예를 들면, 알루미늄 산화물(Al2O3)는 물에서 녹지 않으나, 강산 또는 강염기 용액에서 잘 녹는다. Al2O3는 산과 반응할 때는 염기로서 작용하여 Al3+ 이온을 생성하지만, 염기와 반응할 때는 산성으로 작용하여 Al(OH)4- 이온을 생성한다.

염기로서의 반응: Al2O3(s) + 6H+(aq) → 2Al3+(aq) + 3H2O(l)

산으로서의 반응: Al2O3(s) + 2OH-(aq) + 3H2O(l) → 2Al(OH)4-(aq)

양쪽성 수산화물 (amphoteric hydroxides)

Be(OH)2, Al(OH)3, Sn(OH)2, Pb(OH)2, Cr(OH)3, Cu(OH)2, Zn(OH)2, 그리고 Cd(OH)2는 모두 양쪽성 수산화물이다. 물에서는 잘 녹지 않으나 강산 또는 강염기 용액에서 잘 녹는다.

염기로서의 반응: Al(OH)3(s) + 3H+(aq) → Al3+(aq) + 3H2O(l)

산의로서의 반응: Al(OH)3(s) + OH-(aq) + Al(OH)4-(aq)

아미노산(amino acids)

아미노산은 pH에 따라 이온화 상태가 달라지는 아민기와 카복실기를 모두 포함하고 있어서 pH의 변화에 따라 아미노산의 전체 전하가 달라지게 되며, 아미노산의 전체 전하가 0이 되는 pH를 등전점(isoelectric point)이라고 한다. 아미노산의 하나인 글라이신(glycine)을 예로 들어 설명하면, 등전점에서 모든 글라이신 분자들은 +H3NCH2CO2-의 형태로 존재하게 된다. 따라서 두 글라이신 분자 사이에는 양성자를 주고받는 다음과 같은 반응 평형이 이루어지며, 이 반응에서 한 글라이신 분자는 산으로 작용하고 다른 분자는 염기로 작용한다.

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친수성과 소수성 부분을 동시에 가진 양쪽성 물질(amphiphilic/amphipathic substance)

생체막 인지질 (phospholipids)

세포를 둘러싼 생체막은 여러가지 종류의 인지질(phospholipids)들을 주성분으로 하여 구성되어 있다. 이러한 인지질들은 아래 개략적인 그림에서 보여지듯이 각 분자마다 친수성(hydrophilic)의 머리 부분과 소수성(hydrophobic)의 꼬리 부분으로 구성되어 있다. 이처럼 소수성과 친수성 부분을 동시에 가진 분자를 양쪽성(amphiphilic 또는 amphipathic) 또는 양친매성 분자라고 한다. 수용액에 양쪽성 분자들이 과량 존재할 때 친수성의 머리 부분은 생체막의 표면에서 물 분자들과 상호작용을 하는 반면에 소수성의 꼬리 부분은 물과 멀어지는 방향으로 생체막의 안쪽에 파묻히면서 이중층의 생체막을 구성한다.

인지질의 한 종류인 포스파티딜콜린의 분자식과 친수성 머리 부분과 소수성 꼬리 부분으로 개략화된 그림. 인지질이 수용액에 과량 존재할 때 이중층의 생체막이 형성된다.

계면활성제 (surfactants)

계면활성제는 수성 용매와 유성 용매의 혼합액에서 두 용매 사이에 형성되는 계면을 안정화시키는 역할을 담당한다. 계면활성제 역시 하나의 분자 내에 친수성 머리 부분과 소수성 꼬리 부분을 동시에 가지는 양쪽성 분자이며, 계면에서 친수성 부분과 소수성 부분은 각각 수성 용매와 유성 용매 층에 나뉘어 배열한다.