안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
완충 용액이 pH를 유지하는 핵심 원리는 들어온 산이나 염기를 완충 용액에 존재하는 짝염기와 짝산이 각각 직접 반응해서 제거하기 때문입니다. 아세트산과 아세트산나트륨 혼합 용액 내부에는 반응할 준비가 되어 있는 약산과 짝염기가 풍부하게 공존하고 있습니다.
강산을 넣으면 용액 속으로 수소 이온이 들어와 원래대로라면 pH가 급격히 떨어져야 하지만 용액 속에 풍부하게 존재하던 짝염기인 아세트산 이온이 들어온 수소이온을 낚아채 결합합니다. 결국 들어온 수소이온이 약산인 아세트산으로 바뀌어 용액 속에 자유로운 수소이온 상태로 남아있지 않게 됩니다. 따라서 pH가 거의 떨어지지 않습니다.
강염기를 넣으면 수산화 이온이 들어와 pH가 급격히 올라가야 합니다. 이때는 용액 속에 대기하고 있던 약산인 아세트산이 직접 나섭니다. 들어온 수산화 이온이 아세트산의 수소이온과 만나 안전한 물로 중화되어 사라집니다. 따라서 pH가 거의 올라가지 않습니다.
완충 용액에는 아세트산과 아세트산 이온이 이미 아주 많은 양으로 들어있습니다. 따라서 소량의 산이나 염기가 들어와 반응하더라도, 두 물질의 전체 양에 비하면 변화량이 매우 적어 농도 비율 자체의 변동이 거의 없습니다. 그 결과 용액의 pH가 일정하게 유지됩니다.