완충 용액

위키백과, 우리 모두의 백과사전.
이동: 둘러보기, 검색

완충 용액(buffer solution)이란 일반적으로 이나 염기를 가해도 공통 이온 효과에 의해 그 용액의 수소 이온 농도(pH)가 크게 변하지 않는 용액을 말한다.

공통 이온 효과[편집]

아세트산(CH3COOH)과 아세트산나트륨(CH3COONa)은 수용액에서 이온화하여 모두 아세트산 이온(CH3COO-)을 형성한다.

\rm CH  _{3} COOH(aq)\ \overrightarrow\longleftarrow\ CH _{ 3}COO ^{ -}(aq)+H ^{ +}(aq)
\rm CH  _{3} COONa(aq)\ \overrightarrow\longleftarrow\ CH _{ 3}COO ^{ -}(aq)+Na ^{ +}(aq)

그렇게 된 상태에서 두 수용액을 섞게 되면 혼합 수용액 속의 아세트산 이온(CH3COO-)의 농도가 높아져 르 샤틀리에의 원리에 의해 역반응이 일어나 화학 평형에 도달하게 되는데, 이것을 공통 이온 효과라고 한다. 이때 혼합 수용액의 공통 이온은 아세트산 이온(CH3COO-)이다.[1]

완충 작용과의 관계[편집]

위의 혼합 용액에 산(H+)을 첨가하게 되면 용액 속의 아세트산 이온(CH3COO-) 이 반응하여 아세트산(CH3COOH)이 생성되는 역반응이 일어난다. 그 결과 증가한 H+의 양이 감소되므로 수소 이온 농도(pH)는 거의 일정하게 유지된다.

\rm CH _{ 3} COO ^{ -}(aq)+H ^{ +}(aq)\ \overrightarrow\longleftarrow\ CH _{ 3} COOH(aq)

반대로 염기(OH-)를 첨가하게 되면 용액 속의 H+가 OH-와 반응하여 물(H2O)이 생성된다(중화 반응). 결과적으로 용액 속의 H+는 감소하게 되므로 르 샤틀리에의 원리에 의해 아세트산(CH3COOH)이 이온화하여 H+를 생성하게 되어 평형에 도달한다(정반응). 그러므로 용액 내에서 증가한 OH-의 양이 감소되므로 용액의 수소 이온 농도(pH)는 거의 일정하게 유지된다.

\rm H ^{ +}(aq)+OH ^{ -}(aq)\ \overrightarrow\longleftarrow\ H _{ 2} O(l)[2]

이용[편집]

주로 의학용, 실험용으로 쓰인다.

적용사례[편집]

  • 수영장

수영장에서는 박테리아 성장억제와 풀 안정을 위해 약품을 사용하는데 이 약품은 수영장 물의 pH를 변화시키고 또한 불쾌감을 준다. 이때 탄산수소나트륨을 사용하여 수영장 풀의 pH를 7.0~7.6 정도로 유지시킨다.

  • 세포배양

모든 세포배양 배지에는 대사산물로 인해 발생되는 pH의 변화를 줄이기 위해 완충작용의 역할을 하는 것이 포함되어있다. 여기서 완충작용을 하는 것으로 Tris와 HEPES가 주로 사용된다. 배지첨가제인 혈청 또한 완충역할을 한다.

  • 혈액

인체의 혈액은 산성도가 높은 음식을 먹어도 pH 농도가 7.3~7.4로 유지된다. 인산(H3PO4)도 어느 정도 기여를 한다. 주로 탄산과 짝염기인 탄산수소이온이 인체의 혈액 pH를 일정하게 조절한다.

  • 의료용 완충용액

과도한 운동이나 지나친 육식으로 혈액이 완충기능을 잃었을때 사용한다. 혈액의 pH가 7.4이하로 떨어지는 산독증 상태, 7.4보다 높아지는 알칼리독증, 폐기종, 근육경화, 경련 등을 방지하고 원상태로 복귀시키는데에 쓰인다.

  • 헤모글로빈

헤모글로빈의 산소친화도는 2,3-BPG와 H+ 농도에 영향을 받는다. 이산화 탄소(CO2)가 체액에 녹아 체액이 산성이 되면 헤모글로빈의 산소친화도는 낮아진다. 이러한 작용을 방지하는 완충작용을 혈액이 한다. 또한 2,3-BPG는 체액에서 완충용액을 하는 물질로 산소를 잃은 불안정한 헤모글로빈을 안정화시켜서 헤모글로빈이 산소를 떼어낸 상태로 존재할 수있게 한다.

  • 생리식염수

실생활에서 쉽게 볼수있는 생리식염수와 주사액에도 완충용액이 이용된다.

  • 세미케미컬펄프

활엽수를 사용하여 펄프를 생산할때 각종 화학 약품이 사용되는데 이때 중성 완충용액 속에서 공정한다. 균체의 증식이나 효소작용을 쉽게 하는 것이 목적이다.

주석[편집]

  1. High Top 고등학교 화학II, 198쪽(두산동아, 김봉래,김득호 공저)
  2. High Top 고등학교 화학II, 199쪽(두산동아, 김동래,김득호 공저)