【환경화학】 2007 국가공무원 5급(기술) 제2문

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Q. 완충용액(buffer solution)은 어떤 반응을 최적인 상태로 진행시킬 때 일정한 pH를 유지하도록 도와준다. 다음에 답하시오.

Q1. pKa와 연관하여 완충용액을 정의하고, 자연수에서의 완충작용 사례를 두 가지 이상 설명하시오.

A1.

○ 완충용액

○ 소량의 산이나 염기를 첨가할 때 pH가 거의 일정한 용액

○ 약산과 짝염기로 돼 있어야 하므로 평준화 효과를 고려하여 짝산의 pKa가 H3O+의 pKa인 -1.74보다 넉넉히 커야 함

○ 그리고 짝산의 pKa가 H2O의 pKa인 14보다 넉넉히 작아야 함

○ 자연수 내 완충용액

○ 탄산수 : 주로 해양에서 관찰할 수 있으며 pH = 8에서 거의 HCO₃^-가 존재. 2가 양이온이므로 완충구간이 2개

○ 인산수 : 자연수에서 탄산수 다음으로 많이 관찰되는 완충계. 3가 양이온이므로 완충구간이 3개나 있음

○ PBS

○ DPBS

○ 트리스 버퍼

○ HEPES 버퍼

○ STE

○ NaAc

○ NH₄Ac

○ MES

○ 리파 버퍼

○ 로딩 버퍼

○ 트랜스퍼 버퍼

○ sodium cacodylate buffer

Q2. CH₃COOH와 CH₃COONa로 완충용액을 만들었다. 이 용액에 소량의 H⁺을 첨가할 때 일어나는 반응을 기술하시오.

A2.

○ 1단계. 일시적으로 A^-가 H⁺를 만나 HA가 됨

○ 2단계. HA가 많아져서 화학평형이 깨졌으므로 약간의 HA가 H⁺와 A^-로 해리됨 : 1단계보다 훨씬 적은 양

○ 3단계. 1 ~ 2단계가 진동하면서 핸더슨-하셀바흐 방정식에 따라 다음이 성립하게 됨

○ 따라서 1단계에 의해 결정된 HA, A^-의 비율에 따라 pH가 결정됨

Q3. 0.2 M CH₃COOH 15 ml와 0.1 M CH₃COONa 20 ml를 섞어서 만든 용액의 pH를 계산하시오. (단, CH₃COOH의 pKa = 4.80이고, 답은 소수둘째자리까지 구하시오)

A3.

○ pH = pKa + log ([CH3COO-] / [CH3COOH]) = 4.80 + log (2 / 3) = 4.62

입력: 2022.11.12 10:26

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