[수용액 평형] 공통 이온 효과(Common ion) & 완충 용액 (Buffer solution)

우리는 산과 염기를 섞으면 pH농도가 변화한다는 것을 직관적으로 알고 있을 겁니다.  근데 산과 염기를 섞는다고 해서 항상 pH농도가 빠르게 변화하는 것은 아닙니다. 일종의 '침체 구간' 이라는 곳이 존재합니다. 

 

오늘 할 내용은 저러한 침체 구간을 설명하는 공통 이온 효과와 완충 용액입니다.

 

먼저 공통이온이 가져다 주는 효과가 뭐길래? 이리도 언급을 하는 것일까?

공통이온이 있는 경우에는 pH농도의 변화율을 낮춰주는 효과를 가져옵니다. 바로 예제 하나 풀면서 설명하도록 하겠습니다. 

여백의 미	아세트산	아세트산 이온	H+
초기	0.30mol	0.30mol	0
반응 중	-x	+x	+x
평형	0.30-x	0.30+x	x

자, 차근차근 봅시다. 현재 아세트산과 아세트산 소듐이 주어져있어요. 그죠? 여기서 소듐은 산&염기농도에 그 어떠한 영향도 주지 않습니다. 그렇죠? 아세트산 이온처럼 염 용액으로써 pH농도에 영향을 끼치는 것도 아니고 수소이온처럼 직접적으로 관여하는 것도 아니구요. 그러면 

이렇게 정리가 되어서 위에 표처럼 나오는 겁니다. 부피는 1L라고 주어졌기 때문에 저기에 나온 mol/L로 해주면 

0.3M이란 것을 알 수 있습니다. 그러면 이것의 평형상수 식을 세워보도록 합시다.

이렇게 나옵니다. Ka가 1.8*10^-5에요. 얘는 약간 외워두면 좋습니다. 아세트산과 암모니아의 해리상수는 1.8*10^-5에요.

아무튼 저 식을 풀면 되는데, 우리는 일단 근사식을 사용해도 좋다는 가정을 세우고 풀어봅시다. 그러면 x가 1.8*10^-5가 됩니다. 그렇죠? 그러면 근사식을 사용해도 좋았는지 검토해봅시다. 초기농도가 0.3M이고 x값이 1.8*10^-5M라면 확실히 초기농도의 5%값보다 훨씬 작으므로 근사식을 사용해도 옳았습니다.

 

따라서, 위 문제에서 요구하는 pH농도는 4.74가 되겠습니다. 

 

* 혹시 지금 제가 쓰는 포스팅이 잘 이해가 안된다면 제 네이버 블로그 'Crush on Study' 에 쓴 공통이온효과와 완충용액 글을 참고하시길 바랍니다.제 티스토리 블로그는 화학을 1회독 하고 오신분들에게 추천드립니다. 

https://blog.naver.com/twonkang00/221540107696

[수용액평형] 공통이온효과

https://blog.naver.com/twonkang00/221543417379

[수용액평형] 완충용액과 헨더슨하셀바흐 식

아무튼 간에 저렇게 공통이온을 갖고 있을 때에는 강산이나 강염기를 투하해도 잠깐 동안은 pH농도에 큰 변화를 가져오지 않습니다. 나름의 저항성이 있다 이거죠. 그러한 용액을 우리는 '완충 용액' 이라고 부릅니다. 그래프를 한번 봅시다.

완충용액 구간을 나타내는 그래프

저렇게 기울기가 0에 가까운 구간있죠? 저 구간 동안은 pH농도에 저항한다는 의미입니다. 보시면 그래프의 y축이 pH농도에요.