짝산과 짝염기가 1:1일 때 가장 완충 효과가 좋은 이유는 무엇인가요?

Question

안녕하세요. 완충용액은 PH 변화를 최소화해주는 용액이라고 하던데요, 짝산과 짝염기가 1:1일 때 가장 완충 효과가 좋은 이유는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 네, 질문해주신 것처럼 완충용액은 약산과 그 짝염기가 함께 존재하여 외부에서 소량의 강산이나 강염기가 첨가되더라도 pH 변화를 최소화하는 역할을 하는데요, 이때 핸더슨–하셀바흐 식에 의하면 pH = pKa + log염기/산 의 형태로 표현할 수 있습니다. 이 식에서 볼 수 있는 것처럼 짝염기와 짝산이 동등한 비율로 존재할 경우에 완충용액의 pH가 해당 산의 pKa와 같아지며, 이때가 가장 안정적인 상태가 됩니다.

완충능의 관점에서 봤을 때 완충능은 첨가된 강산이나 강염기를 중화할 수 있는 능력을 의미하는데요, 이때 [HA]와 [A-]가 같을 경우 강산이 들어오면 [A⁻]이 그것을 받아서 HA를 형성하고, 강염기가 들어오면 [HA]가 그것을 중화하여 A⁻를 형성하게 됩니다. 즉 두 가지 상황 모두에 대해 동등한 여유 용량을 갖게 됩니다. 하지만 이와는 달리 반대로, 둘 중 한쪽이 많으면 강산 또는 강염기 첨가라는 특정 방향에 대해서는 잘 중화하지만, 다른 방향에서는 금방 소진되어 완충 능력이 떨어집니다. 또한 pH 변화에 대한 저항 능력을 곡선으로 그려보면, pH = pKa 부근에서 완충 곡선이 가장 완만한데요 즉, 이 지점에서 외부의 작은 산·염기 첨가에도 pH 변화가 최소화되는 것입니다. 감사합니다.