완충 용액의 제조 및 특성 [결과보고서]

소개글

화공실험2 - 완충 용액의 제조 및 특성 [결과보고서]

목차

[1] 실험목적
[2] 이론
[3] 실험 방법
[4] 실험 장치 및 안정성
[5] 실험 결과 및 고찰
[6] 결 론

본문내용

[1] 실험목적
아세트산(acetic acid)과 아세트산나트륨(CH3COONa)을 혼합하여 5.0 정도의 완충용액을 제조하고, 이 완충용액에 NaOH를 첨가하여 변화를 관찰함으로써 완충용액의 특성을 평가한다.



[2] 이론
완충용액은 산이나 염기가 첨가 될 때 변화를 막는 용액이다. 완충용액(buffer)은 산과 그 짝염기의 혼합물로 이루어진다. 완충 작용을 제대로 하려면 짝산과 짝염기의 양이 서로 비길 만큼 되어야 한다.
과학의 모든 분야에서 완충용액의 중요성은 압도적이다. 어떠한 생물학 계라도 제대로 기능을 하려면 에 엄격히 의존하므로, 생화학자들은 특히 완충용액에 관심이 있다. Fig. 1.은 어느 효소-촉매 반응의 속도가 에 따라 어떻게 변하는가를 보여 준다. 어떠한 기관이라도 살기 위해서는 각 소세포(subcellular) 칸막이 내의 를 조절해서 효소-촉매 반응들이 적당한 속도로 진행되도록 해 주어야 한다.

Fig. 1. 키모트립신 효소에 의해 아마이드 결합이 끊어지는 반응속도의 의존성.


완충용액을 다루는 주된 식은 Henderson-Hasselbalch 식으로서, 평형식 를 단순히 재배열한 것이다.

Henderson-Hasselbalch 식

Henderson-Hasselbalch 식은 산의 와, 짝산과 짝염기의 농도비를 알면 용액의 를 알려 준다. 약한 염기 와 그 짝산으로 만든 용액도 유사한 식으로 주어진다.
Henderson-Hasselbalch 식

여기서 는 약한 산 의 산해리 상수이다. 중요한 특징은 염기(가 두 식의 분자에 나타나고, 반응의 평형 상수는 분모에 있는 산의 다.
활동도를 무시할 수 없으면 식의 올바른 표현은 다음과 같다.


본 실험에서는 약한 산인 아세트산과 그 염인 아세트산나트륨의 혼합액을 사용한다. 아세트산에 대해서는
(1)

과 같은 해리평형(解離平衡)이 성립하며, 아세트산이온의 농도는 매우 작다. 한편, 아세트산나트륨은
(2)

과 같이 대부분 해리한다. 따라서 혼합액 속에는 많은 양의 아세트산분자와 아세트산이온, 나트륨이온, 그리고 적은 양의 수소이온이 존재한다. 따라서 용액은 약한 산성을 띠며, 용액 속의 아세트산이온의 농도는 아세트산나트륨의 농도에 따라 결정된다.
이 용액에 외부에서 산이 가해져 수소이온()이 증가하면, (2)에서 생긴 대량의 과 반응하여 (1)의 평형에 의해서 오른쪽에서 왼쪽으로 반응이 진행된다. 즉, 증가한 수소이온()은 아세트산이온()과 결합하여 아세트산분자()가 되면서 용액의 수소이온농도는 거의 변하지 않는다. 반대로 염기를 가해 수산화이온()이 증가하면 용액 속의 수소이온()이 중화되어 줄어든다. 하지만 (1)식의 평형에 따라 왼쪽에서 오른쪽으로 반응이 진행되어 다시 수소이온()을 생성하면서 용액의 수소이온농도는 거의 일정하게 유지된다. 이와 같은 작용을 완충작용이라 하며, 화학반응은 물론 생체 내에서도 중요한 구실을 한다.

참고 자료

김강진 외 3명, 분석화학, 자유아카데미(2007).
대학화학교재연구회 옮김, 일반화학, 사이플러스(2006).
서정목 외 6명, 화학공학실험, 공주대학교 출판부(2005).
두산백과사전 EnCyber & EnCyber.com