안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
완충용액이 외부에서 산이나 염기를 투입해도 pH를 안정적으로 유지할 수 있는 이유는 바로 산과 염기를 모두 받아낼 수 있는 짝산과 짝염기가 용액 안에 동시에 풍부하게 들어있기 때문입니다. 일반 용액과 달리 완충용액이 어떻게 충격을 흡수하는지 그 원리를 설명해 드릴게요.
완충용액은 주로 약산과 그 약산이 수소 이온을 잃고 만들어진 짝염기를 거의 비슷한 양으로 섞어서 만듭니다.
즉, 외부에서 산성 물질인 수소 이온이 들어오면 짝염기가 이를 붙잡아 약산으로 변하고, 염기성 물질인 수산화 이온이 들어오면 약산이 수소 이온을 내주며 물로 중화시킵니다.
이처럼 외부 충격을 즉각 흡수하는 상반된 두 성분이 대기하고 있어, 르샤틀리에 원리에 따라 화학 평형이 이동하면서 용액 내 자유 수소 이온의 농도 변화를 극도로 억제합니다. 결과적으로 소량의 산이나 염기를 넣더라도 수소 이온 농도가 거의 변하지 않아 pH가 안정적으로 유지됩니다. 사람의 혈액 또한 이러한 완충계로 작동하여 pH 7.4를 안정적으로 유지하는 대표적인 예입니다.