일반화학실험 | 완충용액

 

 

 

TIP

 

 

완충 용액의 원리를 탄산 같은 이양성자산의 적정 곡선을 통하여 배운다

 

 

 

강산을 강염기로 적정할 때 pH는 적정되지 않는 산이나 과잉 염기의 농도만으로 구해질 수 있다. 이는 생성된 염기(Cl^-)가 pH에 어떠한 영향도 미치지 않기 때문이다. 그러나 약산을 강염기로 적정할 때는 몇 가지 고려할 점이 있다. 어떤 약산이 수용액에서 이온화되어 소량의 H⁺이온을 생성할 때 다음과 같이 된다.

 

HA → H⁺ + A^- (1)

 

OH^-이온이 첨가되면 H⁺이온을 중화시켜 다음과 같이 된다.

 

OH^- + H⁺ → H₂O (2)

 

다양성자산 H⁺ 이온의 제거는 약산과 그 이온들 사이의 평형을 방해한다. 따라서 더 많은 HA가 이온화 되어 다시 평형에 도달하게 된다. 새로이 형성된 H⁺이온은 더욱 OH⁻이온에 의해 원래의 모든 수소가 중화될 때까지 계속해서 중화시킨다. 반응식으로 표현하면 아래와 같다.

 

HA + OH^- ⇆ H₂O + A^- (3)

 

이때, A^-이온의 가수분해로 인하여 적정의 종말점(혹은 당량점)에서 pH값은 7보다 높아지는 데, 이는 식(3)의 잔존 HA가 감소하면서 새로운 화학적 평형에 도달하기 때문이다.

 

가역반응인 위의 반응식에서 화살표의 좌측의 물질이 감소하였으므로, 반응은 좌측물질을 생성하는 방향으로 자발적으로 진행된다. 이렇게 생성된 A^-이온이 물과 반응하여 OH^-이온과 약산인 HA를 형성하기 때문에 종말점에서의 pH가 7 이상이게 되는 것이다.

 

완충제는 이와 같은 원리에 의하여 pH 적정 시 급격한 변화를 방지해 주는 물질이다. 보통 완충 물은 산과 염기의 두 가지의 혼합물질로 구성되어 있다. 산성완충용액은 약염기와 그 염을 포함하는데, 이 두 물질이 첨가되는 H⁺이온 또는 OH⁻이온을 흡수하기 때문에 완충구간에서 pH의 급격한 변화가 일어나지 않게 되는 것이다. 참고로 약산 HA의 K 와 pH와의 관계는 Henderson-Hasselbalch 식에 의해 다음과 같이 표기 할 수 있다.

 

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 0.10M HCl 용액으로 50㎖ 용량의 뷰렛을 눈금까지 채운다.

 

2) 100㎖ 비커에 피펫으로 0.10M Na₂CO₃ 20.0㎖를 넣고 자석 젓게로 천천히 저어주면서 pH미터로 pH를 측정한다

 

3) 실험 결과 표에 지시된 만큼씨의 뷰렛의 HCl 수요액을 비커에 넣어 주면서 pH미터의 눈금이 안정될 때까지 기다려서 pH를 측정한다.

 

4) 이때 초기 탄산염 수용액의 pH는 상당한 염기성이므로 대기 중 CO₂가 용액으로 들어가는 속도가 꽤 빠르므로 자석 젓게의 회전 속도를 매우 천천히 하면서 실험을 가능한 빨리한다. 또한 pH가 일정한 값으로 고정되지 않고 조금씩 바뀔 수 있으므로 HCl 수용액을 넣은 후 몇 초 후의 값을 기록한다. 첫 번째 종말점이 지나면 대기 중 CO₂가 용액으로 들어가는 양이 거의 없으므로 지나치게 빨리한 필요는 없다.

 

 

 

[일반화학실험]완충용액 레포트