일반화학 완충 용액(2가지 용액을 섞었을 때 완충 용액이 되는 경우)

Question

0.1M NH4Cl 용액과 NH4OH 용액을 섞을 경우 완충 용액이 된다고 하는데요.

그 이유가 NH4Cl에서 NH4+와 NH4OH의 NH3는 산과 짝염기 관계이기 때문에, 산과 짝염기가 같이 있으므로 완충용액이 된다고 하더라구요.

여기서 NH4Cl에서 NH4+와 NH4OH에서 NH3가 나오는 맥락이 이해가 잘 안가요.

NH4+로만 존재하는게 아니라 NH4Cl로 존재하고, NH3로만 존재하는게 아니라 NH4OH로 존재하는 거잖아요.

NH4+와 NH3가 따로 따로 있으면 산과 짝염기가 모두 존재해서 완충용액이 될 수 있다 이해하겠는데

NH4Cl과 NH4OH는 서로 산과 짝염기 관계도 아니고, NH4Cl과 NH4OH는 공유결합 물질인데 왜 각 물질의 일부만 떼어내서 산과 짝염기 관계니까 완충용액이 된다고 하는 건가요???

Answer 1

안녕하세요.

NH4Cl과 NH4OH를 섞었을때 완충 용액이 되는 원리에 대해 설명드리겠습니다. NH4Cl(암모늄 클로라이드)는 수용액에서 암모늄 이온(NH4⁺)과 염화 이온(Cl⁻)으로 이온화됩니다. 여기서 암모늄 이온은 약한 산의 역할을 합니다. 암모늄 이온은 물과 반응하여 다음과 같이 미량의 수소 이온(H⁺)을 방출할 수 있습니다 :

NH₄⁺ + H₂O → NH₃ + H₃O⁺

NH4OH(암모늄 하이드록사이드)는 수용액에서 암모니아(NH3)와 수산화 이온(OH⁻)으로 부분적으로 이온화됩니다. 암모니아는 암모늄 이온(NH4⁺)의 짝염기로 작용합니다. 이때, 암모니아는 다음과 같이 물로부터 수소 이온을 받아들여 암모늄 이온을 형성할 수 있습니다 :

NH₃ + H₂O → NH₄⁺ + OH⁻

위의 두 반응을 통해 보면, NH4Cl에서 나오는 NH₄⁺는 산의 역할을 하고, NH4OH에서 나오는 NH3는 그 짝염기의 역할을 합니다. 즉, NH₄⁺는 NH3에 의해 중화될 수 있는 수소 이온을 제공하고, NH3는 추가된 H⁺ 이온을 받아들일 수 있습니다.
이러한 상호 작용 때문에 NH4Cl과 NH4OH를 섞은 용액은 완충용액으로 작용할 수 있습니다. 이 용액은 추가적인 산(H⁺)이나 염기(OH⁻)가 들어왔을때 pH 변화를 최소화합니다. 즉, 산을 추가하면 암모니아(NH3)가 H⁺를 받아들여 NH4⁺를 형성하고, 염기를 추가하면 NH4⁺가 OH⁻와 반응하여 NH3와 물을 형성합니다. 이 과정에서 완충 용액의 pH는 상대적으로 안정적으로 유지됩니다.
NH4Cl과 NH4OH가 각각 독립적인 화합물로 존재하지만, 수용액에서 이온화되어 상호 작용하는 이온들에 의해 완충 효과가 발휘되는 것입니다.