[實驗레포트] 완충용액
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작성일 19-01-12 17:15본문
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② pH ` pKa 일 경우 log [A-]/[HA] ` 0, [A-] ` [HA]. 즉 산(HA)의 농도가 이온화된 짝염기 (A-)의 농도보다 작다. 이 용액 1 L에 0.01 mol NaOH를 가하면 다음식과 같이 아세트산이 이 염기를 중화시키므로 아세트산의 농도는 0.09 M, 짝염기의 농도는 0.11 M이 된다
CH3COOH + OH- → CH3COO- + H2O
초기: 0.1 mol
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다. 이러한 용액은 산과 염기가 외부에서 갑자기 가해지더라도 용액의 pH의 變化(변화)를 최소화 한다. 이러한 완충용액의 기능이 없으면 용액의 pH가 외부의 effect(영향) 에 아주 민감하게 변하며 이러한 pH의 變化(변화)는 세포의 경우 효소활성의 變化(변화)를 초래하므로 생물계의 안정성이 저하된다 예를 들면 우리 몸의 혈액은 H2CO3와 그 짝염기 HCO3-의 완충용액으로 pH 7.4로 유지되고 있따 또한 거의 모든 미생물 배양 test(실험) 및 효소反應 test(실험) 에서 완충용액을 사용해야 된다
(1) pKa 와 pH
일반적인 산의 이온화 과정은 다음과 같다. 완충용액은 산이나 알칼리성 물질이 용액에 갑자기 가해지더라도 용액의 pH가 급격히 변하지 않고 일정한 수준으로 유지할 수 있도록 해준다.
이온화 이전의 초기 산의 농도를 [HA]o = [A-] + [HA]이라고 하면 산의 이온화도 [A-…(To be continued ) ]/[HA]o는 용액의 pH가 증가함에 따라서 다음과 같이 변한다.
2. 요지 Summary
Acetate 완충용액은 증류수와 Sodium acetate을 혼합하여 만들고, Glycine 완충용액은 증류수와 Glycine을 혼합하여 만든다.
3. 理論 Theory
완충용액은 특히 생물계에서 아주 중요하다. 따라서
pKa = - log [A-][H+]/[HA]
= - log [A-]/[HA] - log [H+]
log [A-]/[HA] = pH - pKa
이 식을 Henderson-Hasselbalch 식이라고 부른다.
③ pH = pKa 일 경우 log [A-]/[HA] = 0, [A-] = [HA]. 즉 산(HA)의 농도와 이온화된 짝염기 (A-)의 농도와 같으며 산은 50%가 이온화 된다
아래그림에는 산의 이온화도와 용액의 pH와의 관계를 나타내고 있따
`Dependence of the ionization of acetic acid
(pKa = 4.75) on solution pH`
(2) 완충용액 (Buffer)
완충용액이란 산과 그 짝염기의 농도가 동일한 용액을 말한다. 이 용액은 아세트산과 그 짝염기의 농도가 동일하므로 초기 pH는 아세트산의 pKa 값과 동일한 4.74이다.
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1. 목적 Objective
완충용액을 제조하는 방법을 익히고 완충용액의 특성(特性)을 파악한다. HCl과 NaOH를 사용하여 Acetate 완충용액과 Glycine 완충용액의 pH를 각각 4.8과 9.8로 맞춘 후, NaOH와 HCl을 완충용액에 조금씩 넣으면서 완충용액의 pH 變化(변화)를 관찰한다. 여기에서 Ka는 산의 이온화 평형상수 (ionization constant)이다. 이를 통해 완충용액을 만드는 방법을 숙지하고 완충용액의 특성(特性)을 이해한다. 이 식에서 AH는 산을 A-는 이 산의 짝염기를 나타낸다.
① pH ` pKa 일 경우 log [A-]/[HA] ` 0, [A-] ` [HA]. 즉 산(AH)의 농도가 이온화된 짝염기 (A-)의 농도보다 크다. 이는 용액에 있는 산과 짝염기가 외부에서 가해진 염기와 산을 각각 중화시키기 때문일것이다 이러한 efficacy를 다음의 예를 통해서 이해해보자.
0.1 M 아세트산(CH3COOH)과 0.1 M 아세트산나트륨(CH3COONa)이 포함되어 있는 완충용액을 고려해보자. 아세트산나트륨은 용액에서 완전히 해리되어서 아세트산의 짝염기를 발생시킨다.
HA A- + H+, Ka = [A-][H+]/[HA]
pKa = - log Ka로 정의(定義)한다. 즉 산과 짝 염기를 포함하고 있는 수용액의 pH가 그 산의 pKa와 유사할 때이다.