완충 용액

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

공통 이온 효과

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.

완충 작용과의 관계

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.

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

이용

주로 의학용, 실험용으로 쓰인다. 특히 의학에서는 과도한 운동이나 지나친 육식으로 혈액이 완충 기능을 잃었을 때 사용한다.