부족해진 H+를 채우기 위해(OH-와 반응하여 없어지므로) 화학반응이 오른쪽으로 진행(정반응) ③Henderson-Hasselbalch 식에 의한 완충용액 설명 완충용액은 약산과 그 약산의 짝염기,이것이 완충작용의 핵심이며, 그 용액의 pH는 아세트산의 pKa값과 같은 4. 위에서 예로 들었던 약산인 아세트산(CH3COOH)과 아세트산의 짝염기인 아세트산 음이온(CH3COO-)을 적절한 비율로 섞으면 완충용액이 된다.0에 비교적 근접한 아세트산(pKa 〓 4.0인 완충용액은 약산과 짝염기의 농도, 그 변화된 비율에 log를 취한 값이 pH에 영향을 미치므로 pH 변화는 작을 수밖에 없다. 예를 들어, 어떻게 응용되는지를 알아보자. 이식은 약산과 그 짝염기를 사용하여 원하는 pH의 완충용액을 만들고자 할 때, 아세트산과 아세트산 음이온의 농도가 같은 용액에서는 [CH3COO-]/[CH3COOH]〓1이 된다.0인 완충용액을 만들 때에는 pKa 가 4. ②완충용액의 원리 완충용액은 어떤 용액에 산과 염기를 추가로 넣고 나서도 그 용액의 pH 변화가 ......
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[자연과학] 완충용액에 관한 조사
①정의
외부로부터 어느 정도의 산이나 염기를 가했을 때, 영향을 크게 받지 않고 수소이온농도를 일정하게 유지하는 용액.
②완충용액의 원리
완충용액은 어떤 용액에 산과 염기를 추가로 넣고 나서도 그 용액의 pH 변화가 거의 없는 용액을 말한다. 완충작용의 원리를 이해하기 위해서 아세트산과 아세트산 음이온의 평형을 예로 들어 보면
이식에서 기호는 아세트산(CH3COOH)과 아세트산 음이온(CH3COO-)이 평형을 유지하고 있다는 것을 의미한다. 일정한 온도와 압력에서 평형상태에 있는 계에 반응물 혹은 생성물을 더하거나 빼면 반응이 왼쪽 오른쪽으로 이동한다. (르 샤틀리에의 원리) 만일 아세트산 음이온(CH3COO-)과 아세트산 (CH3COOH)이 많이 포함되어 있고 평형상태에 있는 용액에 산(H+)을 더하면 위 반응은 왼쪽으로 진행되면서 더해진 산이 많이 사라진다. 또 염기(OH-)를 더하면 H+ + OH-→H2O 반응이 일어나 H+가 사라지므로 위 반응은 오른쪽으로 진행되면서 없어진 H+를 보충해 준다. 즉 이런 화학적 구성을 지닌 용액에는 산과 염기를 더해도 그것을 없애는 방향으로 반응이 진행되면서, 새로운 평형상태에 이르게 된다. 이것이 완충작용의 핵심이며, 반응의 평형상수가 작다는 것도 효과적인 완충작용의 이유가 된다.
산(H+)을 더해준 경우, 많아진 H+를 제거하기 위해 화학반응이 왼쪽으로 진행 (역반응)
염기(OH-)를 더해준 경우, 부족해진 H+를 채우기 위해(OH-와 반응하여 없어지므로) 화학반응이 오른쪽으로 진행(정반응)
③Henderson-Hasselbalch 식에 의한 완충용액 설명
완충용액은 약산과 그 약산의 짝염기, 약염기와 그 약염기의 짝산으로 만든다. 위에서 예로 들었던 약산인 아세트산(CH3COOH)과 아세트산의 짝염기인 아세트산 음이온(CH3COO-)을 적절한 비율로 섞으면 완충용액이 된다. 아세트산 음이온은 아세트산 염을 물에 녹이면 생성되는 화학종이다. 아세트산의 해리에 관한 평형식은 다음과 같이 표현된다.
식 양변에 log를 취하고 정리를 하면, 약산의 평형에 관한 해리상수가 포함된 식을 만들 수 있다. 이식을 Henderson-Hasselbalch 식이라고 부른다. 이식은 약산과 그 짝염기를 사용하여 원하는 pH의 완충용액을 만들고자 할 때, 유용하게 이용된다.
Henderson-Hasselbalch 식은 어떤 특성이 있으며, 어떻게 응용되는지를 알아보자. 예를 들어, 아세트산과 아세트산 음이온의 농도가 같은 용액에서는 [CH3COO-]/[CH3COOH]〓1이 된다. 따라서 log 항이 0(log 1〓0)이 되어, 그 용액의 pH는 아세트산의 pKa값과 같은 4.75가 된다. 이 용액에 산 혹은 염기를 조금 더해도 [CH3COO-]/[CH3COOH]의 비율은 1에서 크게 벗어나지 않고, 그 변화된 비율에 log를 취한 값이 pH에 영향을 미치므로 pH 변화는 작을 수밖에 없다.
④완충용액에 들어가는 약산을 결정하는 방법
완충용액에 들어가는 약산은 원하는 pH와 비슷한 pKa를 갖는 약산을 이용해 결정한다.
만약에 제조하려는 완충용액의 pH와 동일한 pKa를 가진 약산이 있다면, 그 약산과 그 약산의 짝염기 농도가 같은 용액을 만들면 된다. 세상사가 이렇게 쉽게 풀리면 얼마나 좋을까? 만약에 제조하려는 완충용액의 pH와 동일한 pKa를 가진 약산이 없다면, 완충용액의 pH에 가장 근접한 pKa를 갖는 약산을 선택한다.
예를 들어 pH〓 4.0인 완충용액을 만들 때에는 pKa 가 4.0에 비교적 근접한 아세트산(pKa 〓 4.75) 또는 개미산(pKa 〓 3.74)을 선택하면 된다. Henderson-Hasselbalch 식에 대입하면 다음과 같은 결과가 얻어진다.
따라서 pH〓4.0인 완충용액은 약산과 짝염기의 농도, 더 정확하게는 그것의 농도 비율이 위의 식을 만족하는 용액을 만들면 된다.
결국 이 식을 이용하면 아세트산과 아세트산 음이온의 농도 비율이 다음과 같이 되어야 한다.
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