1) 완충용액(buffer 또는 buffer solution) 정의
완충용액은 완충액이라고도 하며 적은 양의 산이나 염기를 첨가하거나 묽힐 때 pH변화가 잘 일어나지 않는 용액을 말한다. 용액의 수소이온지수 pH를 일정하게 유지할 필요가 있을 경우에 사용되고, 어떤 완충용액은 pH를 측정할 때의 pH 표준용액으로 사용된다. 예를 들면 CH3COOH와 CH3COONa의 혼합용액이나 NH4OH와 NH4Cl의 혼합용액은 대표적인 완충용액으로 이들의 pH는 각각 4.76과 9.56정도이다. 이 중에서 아세트산 CH3COOH와 아세트산나트륨 CH3COONa의 혼합용액에서 생기는 완충용액 중에서 아세트산에서는 식 ①의 해리평형이 성립된다.
CH3COOH ⇄ CH3COO- ＋ H+ ……①
아세트산은 약한 산이므로 이온화도가 적고 아세트산이온 CH3COO-의 농도는 아세트산에 비해 매우 적다. 한편 아세트산나트륨은 강한 전해질이므로 식 ②처럼 완전 해리된다.
CH3COONa ⇄ CH3COO- ＋ Na+ ……②
따라서 이 2가지 용액을 혼합하면 용액 중의 아세트산이온농도는 거의 아세트산나트륨에서 생긴 것으로 나타나게 된다. 이 용액에 염산 등의 산을 가하면 용액 중에 생긴 대량의 아세트산이온과 반응하여 첨가된 염산의 수소이온 H+는 아세트산을 생성하고 식 ①의 반응이 오른쪽에서 왼쪽으로 진행되므로, 용액 중의 수소이온농도는 거의 변하지 않고 pH는 일정하게 유지된다. 또 수산화나트륨 등의 염기를 가하면 용액 중의 H+와 염기의 OH-가 중화되어 H2O를 생성하는데 식 ①의 반응이 왼쪽에서 오른쪽으로 진행되어 H+를 보충하므로, 용액 중의 수소이온농도는 거의 일정하게 유지되고, pH도 거의 변하지 않는다. 우수한 완충용액은 높은 완충용량(buffer capacity)이 있으며, 또한 조성을 변화시켜 넓은 pH 영역을 커버할 수도 있다.
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2012.05.09
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