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

2.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.

3.혈액 인체의 혈액은 산이 강한 음식을 먹어도 PH농도가 7.3~7.4로 유지된다. 인산(H3PO4)도 어느정도 기여를 한다. 주로 탄산과 짝염기인 탄산수소이온이 인체의 혈액 PH를 일정하게 조절한다.

4.의료용 완충용액 과도한 운동이나 지나친 육식으로 혈액이 완충기능을 잃었을때 사용한다. 혈액의 PH가 7.4이하로 떨어지는 산독증 상태,7.4보다 높아지는 알칼리독증, 폐기종, 근육경화, 경련등을 방지하고 원상태로 복귀시키는데에 쓰인다.

5.헤모글로빈 헤모글로빈의 산소친화도는 2,3-BPG와 H+농도에 영향을 받는다. CO2가 체액에 녹아 체액이 산성이 되면 헤모글로빈의 산소친화도는 낮아진다. 이러한 작용을 방지하는 완충작용을 혈액이 한다. 또한 2,3BPG는 체액에서 완충용액을 하는 물질로 산소를 잃은 불안정한 헤모글로빈을 안정화시켜서 헤모글로빈이 산소를 떼어낸 상태로 존재할 수있게 한다.

6.생리식염수 실생활에서 쉽게 볼수있는 생리식염수와 주사액에도 완충용액이 이용된다.

7.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)