완충 용액에 용매를 가하면 pH는 어떻게 될까?

완충 용액에 용매를 가하면 pH는 어떻게 될까?

완충 용액에 순수한 물을 가하면 pH는 어떻게 될까?

 

 

 

완충 용액의 pH를 계산하는 식인

Henderson-Hasselbalch 식을 보면,

pH = pKa + log([짝염기]/[약산])

( 참고 https://ywpop.tistory.com/1926 )

 

 

 

1) pKa는 상수이므로,

용매의 양과 상관없다.

 

 

 

2) log([짝염기]/[약산]) 항은

약산의 농도와 짝염기의 농도 비이므로,

( 또는 약산의 mol수와 짝염기의 mol수 비 )

 

용매의 양과 상관없다.

 

왜냐하면,

(1) 두 물질은 같은(한) 용기 속에 함께 들어있으므로,

용매를 가했을 때,

각 물질의 몰농도를 결정하는 용액의 부피가 같기 때문이다.

 

(2) 어차피 용액의 부피는 수학적으로 소거되므로...

( 참고: 몰농도 대신 몰수 https://ywpop.tistory.com/13452 )

 

 

 

 

[결론] 따라서

완충 용액에 용매를 가해도

완충 용액의 pH는 변하지 않는다.

 

 

단, 농도가 묽어지므로 완충 용량은 감소된다.

( 단, 동일한 부피의 용액을 사용할 경우 )

( 참고: 완충 용량 https://ywpop.tistory.com/5203 )

 

 

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[참고] 완충 용액 희석 시, 완충 용량 변화

먼저 완충 원리를 생각해보자.

외부에서 강산(H^+)이 가해지면

완충 용액 속 짝염기(A^-)가 대응을 하고,

외부에서 강염기(OH^-)이 가해지면

완충 용액 속 약산(HA)이 대응을 해서,

가해진 H^+ 또는 OH^-가 소모되기 때문에,

완충 용액의 pH가 거의 일정하게 유지된다.

( 참고 https://ywpop.tistory.com/4319 )

 

 

그렇다면, 예를 들어,

1 M 완충 용액이 1 L 있다고 했을 때,

이 완충 용액 전부를 5 L 통에 가하고,

여기에 물을 가해 2 L로 희석시켰다면,

5 L 통 안에 있는 완충 용액의 완충 용량은

감소할까?

 

 

( 여기서, 잠깐,

완충 용액의 농도는

1 M에서 0.5 M로 감소했다. )

 

 

감소하지 않는다.

 

2 L로 희석시킨 완충 용액의 완충 용량은

거의 일정할 것이다.

 

 

왜냐하면, 완충 원리에서 설명했듯이,

완충 용액에서 완충 작용을 하는 것은

약산(HA)과 짝염기(A^-)이고,

2 L로 희석시키는 과정에서

약산(HA)의 mol수와 짝염기(A^-)의 mol수가

변하지 않았기 때문이다.

 

 

그러나

5 L 통 안에 있는 완충 용액에서

1 L만큼 따로 덜어낸 완충 용액의 완충 용량은

감소한다.

 

왜냐하면, 덜어낸 (희석된)

0.5 M 완충 용액 1 L에 들어있는

약산(HA)의 mol수와 짝염기(A^-)의 mol수는

희석 전 1 M 완충 용액 1 L에 들어있던

각각의 mol수의 1/2이기 때문이다.

 

 

정리하면, 즉 반드시 체크할 점은

완충 용액을 희석시키면,

완충 용량이 감소한다는 얘기는

희석 전/후 같은 용량끼리 비교했을 때

얘기라는 것이다.

 

 

참고로, 완충 용액의 pH는

희석 전/후 같은 용량끼리 비교하더라도

거의 동일하다.

 

왜냐하면, 완충 용액의 pH는

약산(HA)의 mol수와 짝염기(A^-)의 mol수로

결정되는 것이 아니라,

약산(HA)의 mol수와 짝염기(A^-)의 mol수의

“비(ratio)”로 결정되기 때문이다.

 

 

 

 

[dilute a buffer solution by adding water]

When you dilute a buffer solution by adding water, the buffer capacity decreases.

Buffer capacity refers to the ability of a buffer solution to resist changes in pH when small amounts of acid or base are added. This capacity is directly proportional to the concentrations of the weak acid and its conjugate base (or the weak base and its conjugate acid) in the solution.

When you add water to a buffer solution, the concentrations of these components decrease. As a result, the solution’s ability to neutralize added acid or base is reduced, which means the buffer capacity decreases.

In summary, when you dilute a buffer solution with water, the pH remains relatively stable, but the buffer capacity diminishes.

 

 

 

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/22738 ] 완충 용액을 희석시켰을 때 pH 변화

 

 

 

[키워드] 완충 용액 묽힘 기준, 완충 용액 희석 기준