본문내용
1. 완충 용액의 개념과 특성
1.1. 완충 용액의 정의
완충 용액(buffer solution)은 약산과 그 약산의 염, 약염기와 그 약염기의 염을 포함하는 용액이며, 소량의 산이나 염기를 첨가하여도 pH 변화에 저항하는 능력을 가진 용액이다. 완충 용액은 첨가한 OH- 이온과 반응할 수 있도록 비교적 큰 농도의 산을 포함하고 있어야 하며, 첨가한 H+ 이온과도 반응하도록 충분한 농도의 염기를 포함해야 한다.
1.2. 완충 작용의 원리
완충 작용의 원리는 다음과 같다.
완충 용액은 약산과 그 약산의 염, 약염기와 그 약염기의 염을 포함하는 용액이다. 완충 용액에는 소량의 산이나 염기를 첨가하여도 pH 변화에 저항하는 능력을 가지고 있다. 이는 약산 HA가 수용액 중에서 해리되어 생성된 소량의 H3O+ 이온을 반응하여 제거할 수 있고, 약산의 짝염기인 A- 이온이 첨가된 H+ 이온과 반응하여 중화시킬 수 있기 때문이다.
HA(aq) + H2O(l) ⇌ H3O+(aq) + A-(aq)
위 가역반응에서 보듯이, 약산 HA가 수용액 중에서 일부 해리되어 H3O+ 이온과 A- 이온을 생성한다. 산을 첨가하면 H3O+ 이온의 농도가 증가하지만, 이는 A- 이온과 반응하여 HA 분자로 전환되어 H3O+ 이온의 농도가 감소하게 된다.
반대로 염기를 첨가하면 OH- 이온의 농도가 증가하지만, 이는 HA 분자와 반응하여 A- 이온을 생성함으로써 OH- 이온의 농도가 낮아지게 된다.
따라서 완충 용액에는 약산과 그 짝염기 또는 약염기와 그 짝산이 포함되어 있어, 외부로부터 산이나 염기가 첨가되어도 H3O+ 이온 또는 OH- 이온의 농도가 크게 변화하지 않아 pH 변화에 저항할 수 있다. 이와 같은 완충 작용은 생물학적 시스템에서 매우 중요한 역할을 한다."
1.3. 완충 용액의 구성 성분
완충 용액의 구성 성분은 약산(HA)과 그 약산의 염(NaA), 또는 약염기(B)와 그 약염기의 염(HB+)으로 이루어져 있다.
약산(HA)과 그 약산의 염(NaA)으로 구성된 완충 용액의 경우, HA가 수용액 중에서 부분적으로 해리되어 소량의 H3O+ 이온을 생성하며, 이때의 화학 반응은 다음과 같다:
HA(aq) + H2O(l) ⇌ H3O+(aq) + A-(aq)
또한 NaA와 같은 약산의 가용성 염이 물에 녹아 완전히 해리되어 다음과 같이 가수분해된다:
A-(aq) + H2O(l) ⇌ HA(aq) + OH-(aq)
반면에 약염기(B)와 그 약염기의 염(HB+)으로 구성된 완충 용액의 경우, B가 수용액 중에서 부분적으로 해리되어 소량의 OH- 이온을 생성하며, 이때의 화학 반응은 다음과 같다:
B(aq) + H2O(l) ⇌ HB+(aq) + OH-(aq)
그리고 HB+와 같은 약염기의 가용성 염이 물에 녹아 완전히 해리되어 다음과 같이 가수분해된다:
HB+(aq) + H2O(l) ⇌ B(aq) + H3O+(aq)
이처럼 완충 용액은 약산-염기 쌍 또는 약염기-산 쌍의 혼합 용액으로 구성되어 있어, 소량의 산이나 염기를 첨가하더라도 pH 변화에 저항할 수 있게 된다.
1.4. 완충 용액의 활용
완충 용액의 활용은...
1
2
3
4
5
6
7
8