완충용액

완충용액(Buffer)은 산, 염기로 첨가하거나 묽힐 때 pH 변화가 잘 일어나지 않는 용액인데 이 이유는 강산이나 강염기가 B 혹은 BH+ 에 의해 소모되기 때문이다

약산과 그 짝염기의 혼합물이며 이는 산-염기 지시약(Acid-base indicator)로 두 가지 형태로 올 수 있다

지시약의 작용으로는 산 염기 지시약이 그 자체가 산 혹은 염기로 여러가지 양성자화된 화학종들로 서로 다른 색을 띌 수 있다

색의 명도 차이로 변색 범위를 확인하여 산성인지, 염기성인지 확인하게 되는 것이다

pH= PKH in + Log[B-]/[Y] 에서는 Y <=> B- + H+ 가 되는 것이다

약산 AM 그 짝염기 BM을 섞어 완충용액 제작시 산 몰수는 A에 가깝게 되고, 염기 몰수는 B에 가깝게 된다

Le Chatelier 원리로 해리 분율 [A-]/[A-]+[HA] = x/F, 또는 회합 분율 [HA]/[A-]+[HA] = x/F 로 확인할 수 있다

Ka 평행 재배열식으로 Henderson-hasselbalch equation이 있다

HH Equation

Ka = [H+][A-]/[HA]

LogKa = Log{[H+][A-]/[HA]} = Log[H+] + Log[A-]/[HA]

이 식을 변환시키는 것이 바로 Henderson hasselbach 식이다

-Log[H+] = -LogKa + Log[A-]/[HA]

pH = PKa + Log[A-]/[HA] 가 되는 것이다

추가로 pH = PKa + Log[B]/[BH+] 가 될 수 도 있다

이 식을 통해 만약 [A-] = [HA] 라면 Log1 로 pH = PKa 이 된다

따라서 [A-] 와 [HA] 는 10^n 대로 pH 에서 PKa가 ±n 이 된다

이 식을 통해 나올 수 있는 분석화학 문제는 PKa와 pH를 제공한 후 비율을 구하거나, 화학식량과 질량을 주어지고 PKa로 pH를 구하는 문제가 나온다

완충용액의 제조 방법은 일정량의 약산 혹은 약염기로 시작한다

HA에 OH-를 가해 HA와 A- 혼합물을 제조하거나 B에 H+를 가해 BH+의 혼합물, 완충용액으로 만들 수 있다

산이나 염기가 첨가될 때 pH 변화에 얼마나 잘 저항하는 가를 나타내는 척도로는 완충 용량(Buffer capacity)가 언급되어진다

완충 용량이 클수록 pH변화가 작으며, pH = PKa 일때 완충 용량이 최대가 된다

참고로 pH는 온도와 이온 세기에 의존하게 된다