pH and buffer

소개

pH 7을 가진 완충액을 만들고 아세트산을 넣었을 때의 pH 변화를 살펴보고 그 원리에 대해 알아보자. 또한, 산-염기 지시약(Methyl Orange)를 사용해 pH 7을 가진 완충액, 증류수, 0.1M 〖Na〗_2 H〖PO〗_4용액, 0.1M NaH_2 〖PO〗_4 용액에 아세트산을 넣었을 때의 색 변화를 관찰하고 그 이유에 대해 알아보자.

목차

1. Background and Introduction
1) Background
A. pH
B. pKa
C. Acid and Base
D. Buffer
E. pH meter
F. Methyl Orange
2) Introduction
A. 목적

2. Materials and Methods
1) 실험기구 및 사용되는 염료
2) 실험순서

3. Results and Discussions
1) pH7의 완충용액 만들기
2) 증류수와 pH 7 buffer에 아세트산을 넣었을 때 pH 변화
3) Methyl Orange를 넣은 pH 7 완충액, NaH_2 〖PO〗_4, 〖Na〗_2 H〖PO〗_4, 증류수에 아세트산을 넣었을 때 색 변화

4. Questions
1) Q1: Discuss the reason why buffer requires both HA and A^-
2) Q2. Discuss how can we make pH 2, pH 11 buffer and discuss why we can’t use phosphate to make them
3) Q3. We dissolve methyl orange in solutions (water and buffer) and add some acids to lower the pH. There will be some changes, please discuss it.
4) Q4. Please find recent water pollutants (2 or 3) from news, and find their pKa

본문내용

A. pH
pH는 물의 산성이나 알칼리성의 정도를 나타내는 수치로서 수소 이온 농도의 지수이다.
pH= log⁡(1/[H^+])=-log〖[H〗^+]
〖[H〗^+]×[〖OH〗^- ]=10^(-14)이고 〖[H〗^+]=[〖OH〗^- ] 이면 중성, 〖[H〗^+]가 많으면 산성, [〖OH〗^- ]가 많으면 염기성이 된다.
B. 〖pK〗_a
〖pK〗_a는 산해리상수 지수이다. 산의 강도를 나타내는데 사용되는 한 가지 방법으로 〖pK〗_a는 산해리 상수 또는 K_a 값의 음의 로그이다.
HA↔H^++A^-의 화학식에서 K_a=([H^+ ][A^-])/([HA])이고 〖pK〗_a=-logK_a=-log ([H^+ ][A^-])/([HA])이다.
C. Acid and Base
Bronsted-Lowry 모형에 따르면 산은 양성자 주개로 H^+를 주거나 잃어버리는 것이고 염기는 H^+를 받거나 얻는 것이다.

D. Buffer
완충액은 산이나 염기의 첨가에도 공통 이온 효과에 의해 pH가 거의 변하지 않는 용액으로 약산과 그의 짝염기 또는 약염기와 그의 짝산으로 이루어진 혼합용액이다.
작용 원리: 완충용액에 비교적 많은 양의 약한산 HA와 그 짝염기 A^-가 들어있다고 가정하고 수산화 이온을 그 용액에 첨가하면 아래와 같은 반응이 일어난다.
〖OH〗^- (aq)+HA(aq)→A^- (aq)+H_2 O(l)
반응의 알짜 결과는 〖OH〗^-이온이 축적되지 않고 A^-이온으로대체되는 것이다.
이런 조건에서 pH의 안전성은 HA의 해리에 대한 평형식을 살펴보면 알 수 있다.
K_a=([H^+ ][A^-])/([HA])
를 [H^+]에 대한 식으로 정리하면[H^+ ]=K_a×([HA])/([A^-])로 pH는 ([HA])/([A^-])의 비에 의해 결정된다. 〖OH〗^-이온을 첨가하면 HA가 A^-로 바뀌고, ([HA])/([A^-])의 비는 감소한다.

참고자료

· 없음