완충용액의 정의 및 예

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목차

1. 완충 용액 (buffer solution).

2. 완충용액(buffer 또는 buffer solution) 정의.

3. 완충용액의 예.

4. 완충용액의 메커니즘.

5. 용어 및 특징.

6. Henderson-Hasselbalch equation.

7. 완충용액의 조제법.

8. 완충용액 제조실험의 예.

9. <참고문헌>.

본문내용

M 인산 완충용액을 0.05M로 묽히면, pH 는 6.9로 올라간다. 이는 이온세기와 완충제로 작용하는 H2PO4-와 HPO42-의 활동도가 변했기 때문이다. 이것은 이온세기의 변화로 인한 상당히 중요한 영향이다.
② 온도
대부분의 완충용액은 온도에 따라 pKa값이 현저하게 달라진다. 다양성자산과 같이 현저하게 달라진다. 예를 들어, 트리스는 의존성이 특히 커서, 25℃ 근방에서 온도가 1℃ 변할 때마다 pKa값 이 약 -0.031만큼씩 변할 만큼 의외로 커다란 온도 의존도를 보인다. 25℃에서 pH 8.08에 맞춘 트리스 용액은 4℃에서는 약 pH 8.7, 37℃에서는 약 pH 7.7을 갖는다.
8. 완충용액 제조실험의 예.
1) 예 1
=> 시료 및 도구
Sodium Acetate, anhydrous
1M Acetic Acid
pH meter
Balance
Beaker
Stir bar and plates
0.4M HCl
0.4M NaOH
=> 실험 방법
1) Henderson-Hasselbalch equation을 이용하여 필요한 sodium acetate (salt) 와 acetic acid (acid)의 몰농도를 구한다.
[A-]=ｘ로 놓고
0.2=[A-]+[HA] =ｘ+[HA]
[HA]=0.2-ｘ5.0=4.77+log ｘ
0.2-ｘ
0.23=log ｘ =1.70
0.2-ｘ
ｘ = 1.70
0.2-ｘ
ｘ=0.126[HA]=0.2-0.126=0.074
[A-]=0.1×0.126M=0.0126mole
[HA]=0.1×0.0074=0.0074mole
sodium acetate : 136×0.0126 =1.71g
acetic acid : 1000ml = ｘ =7.4ml
1mole 0.0074mole
2) sodium acetate 1.71g 을 저울로 측정하여 플라스크에 옮긴다.
3) 7.4ml 1 M acetic acid를 플라스크에 있는 sodium acetate에 첨가한다.
4) 100ml buffer를 만드는데 필요한 증류수를 더하고 stir bar와 plate를 이용하여 잘 섞는다.
5) 제조한 용액의 pH를 pH meter를 이용하여 측정하고 기록한다.
6) 제조한 0.2 M acetate buffer, pH 5.0, 50ml를 비이커에 옮긴다.
7) 0.4M HCl을 1ml씩 더하면서 pH를 측정한다. (30ml 까지-1ml단위마다 pH 기록).
8) 깨끗한 비이커에 나머지 0.2 M acetate buffer, pH 5.0, 50ml를 옮긴 후 0.4M NaOH를 이용하여 동일한 방법으로 pH를 측정한다.
9) pH vs. number of drops 그래프를 작성하고 어떤 pH 범위에서 buffering 효과가 있었는지 관찰한다.
=> 실험결과
Buffer는 H+ 이온의 농도를 비교적 일정하게 유지해주는 용액시스템으로 평형상태에서 변화가 생기면 그 변화를 제거하려는 방향으로 반응이 일어나게 된다.
Buffer의 완충능력은 pKa부근에서 가장 크게 작용 즉, 완충용액은 pH=pKa ( [HA]=[A-]) 일 때 pH 변화를 막기에 가장 효과적이다.
적정곡선을 그래프로 그려보면 위와 같이 나타나게 되는데 측정한 pH 값들이 대략 5± 1사이에서 완만하게 분포하는 것을 볼 수 있는데 이것으로 미루어 보아 이 근처에서 pKa 값을 갖는 것으로 예상할 수 있다. 이 구간에서 pH 의 감소는 매우 서서히 일어났는데, 이는 buffering effect 에 의한 것으로 볼 수 있다.
2) 예 2
=> 시료 및 도구
pH meter
비커
부피플라스크
뷰렛
자석 젓개와 자석 젓개 막대
깔때기
일회용피펫
트리스(Tris-(hydrexymethyl) aminomethane, MW=121.136) 0.1㏖
HCl 1.00M
=> 실험 방법
0.1㏖의 트리스(Tris-(hydrexymethyl) aminomethane, MW=121.136)와 1.00M의 HCl을 이용하여 pH 7.20의 완충용액 1.00L를 만드는 실험이다.
(1) 약 800mL의 증류수를 비커에 넣는다. 그리고 트리스 0.1㏖(=12.11g)의 무게를 재서 증류수가 들어 있는 비커에 넣어 녹인다. 자석 젓개 막대를 비커에 넣은 후 자석 젓개를 이용해 완전히 녹인다.
(2) 보정한 pH 전극을 용액에 담그고 pH를 관찰한다.
(3) 1.00M의 HCl을 뷰렛에 넣고 0.1㏖의 트리스가 녹아있는 비커를 뷰렛 밑에 놓는다. 이 때도 비커 안에 자석 젓개 막대를 넣고, 자석 젓개 위에 놓는다. pH가 정확히 7.20이 될 때까지 HCl을 가한다. 전극이 자석 젓개 막대에 닿으면 전극이 손상될 우려가 있으므로 HCl을 가하는 동안 전극이 자석 젓개 막대나 비커의 벽이나 바닥에 닿지 않도록 조심한다. 전극은 즉시 감응하지 않으므로 시약을 가할 때마다 pH값이 안정화될 때까지 기다려야 한다.
(4) 용액을 부피플라스크로 옮기고 증류수로 비커를 두세 번 씻는다. 씻은 액은 부피플라스크에 넣어서 합한다.
(5) 표선까지 증류수를 채우고 완전히 섞어 준다.
(6) 처음 Henderson-Hasselbalch 식으로부터 계산한 HCl의 양과 실체 첨가한 HCl의 양을 비교해본다.
9. <참고문헌>.
1.분석화학. 허호장. 형설출판사. 1999, pp239～244.
2.일반화학(제 2판). C. H. Corwin 저. 화학교재편찬위원회 역. 탐구당. 2000, p532.
3.정량분석. 김강진 외 3인 저. 자유아카데미. 1994, pp142-149.
4.최신분석화학. Daniel C. Harris 저. 김강진 등 역. 자유아카데미. 1998, pp191～202.
5.현대분석화학. David Harvey 저. 박면용 등 역. 녹문당. 2001, pp167～171.
6..Empas백과사전(http://100.empas.com/entry.html/?i=125818&Ad=photorental)
7.Empas 백과사전(http://100.empas.com/entry.html/?i=96714&Ad=Encyber)
8.유만형, 송희열, 유인상 : 화학공학실험, 삼광출판사, p99～p103, (1995)

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