pH 7.4 완충용액 제조. 인산(H3PO4) ★

pH 7.4 완충용액 제조. 인산(H3PO4)

 

 

다양성자산인 인산(H3PO4)의 산 해리 상수는 각각

Ka1 = 7.5×10^(-3), Ka2 = 6.2×10^(-8), Ka3 = 4.8×10^(-13) 이다.

pH가 7.4인 완충 용액을 제조하기 위해 가장 적절한 조합은?

① H3PO4와 NaH2PO4

② NaH2PO4와 Na2HPO4

③ Na2HPO4와 Na3PO4

④ NaH2PO4와 Na3PO4

 

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▶ 참고: 완충 용액의 pH 범위

[ https://ywpop.tistory.com/7181 ]

 

▶ 참고: 특정 pH 값을 갖는 완충용액의 제조 (Henderson-Hasselbalch 식)

[ https://ywpop.tistory.com/1926 ]

 

 

 

▶ 약산의 선택 조건: pH = pKa ± 1 이므로,

약산의 pKa 값은 6.4 이상, 8.4 이하 이어야만 한다.

 

 

 

 

H3PO4는 3가산이므로, 다음과 같이 3단계로 이온화된다.

Ka1, Ka2, Ka3는 각 단계별 산 이온화 상수(= 평형 상수).

( 참고: pKa = –logKa https://ywpop.tistory.com/4083 )

 

 

H3PO4(aq) ⇌ H^+(aq) + H2PO4^-(aq) ... Ka1

pKa1 = –log(7.5×10^(-3)) = 2.1249 = 2.1

 

 

H2PO4^-(aq) ⇌ H^+(aq) + HPO4^2-(aq) ... Ka2

pKa2 = –log(6.2×10^(-8)) = 7.2076 = 7.2

 

 

HPO4^2-(aq) ⇌ H^+(aq) + PO4^3-(aq) ... Ka3

pKa3 = –log(4.8×10^(-13)) = 12.3188 = 12.3

 

 

 

답: ② NaH2PO4와 Na2HPO4

 

 

 

 

[참고]

NaH2PO4(aq) → Na^+(aq) + H2PO4^-(aq) 이고,

H2PO4^-(aq) ⇌ H^+(aq) + HPO4^2-(aq) 이다. 그리고

Na2HPO4(aq) → 2Na^+(aq) + HPO4^2-(aq) 이다.

 

즉, NaH2PO4가 H2PO4^-를 내놓는 염이고,

Na2HPO4가 HPO4^2-를 내놓는 염이다.

 

 

 

 

[참고] 양이온의 종류에 상관없이, 즉 NaH2PO4든, KH2PO4든, 상관없이,

Ka2, Ka3 값은 같다.

[ 관련 예제 https://ywpop.tistory.com/11145 ] pH 7 완충용액. KH2PO4 + K2HPO4

 

 

 

 

[참고] KH2PO4 + K2HPO4 완충용액

> 1단계 염의 이온화: KH2PO4(aq) → K^+(aq) + H2PO4^-(aq)

> 2단계 약산의 이온화: H2PO4^-(aq) ⇌ H^+(aq) + HPO4^2-(aq)

 

KH2PO4, 즉 H2PO4^-는 약산,

K2HPO4, 즉 HPO4^2-는 H2PO4^-의 짝염기.

 

 

 

 

[인산(H3PO4)의 산 해리 상수 값 출처]

Chemistry, Eighth Edition. Steven S. Zumdahl and Susan A. Zumdahl

Stepwise Dissociation Constants for Several Common Polyprotic Acids

( 약산의 Ka 값은 문헌마다 다소 차이날 수 있음. )

 

 

 

 

[ 참고: 인산염 완충용액 검색결과 ]

 

 

 

 

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