완충용액의 제조 및 적정곡선 그리기.

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1 완충용액의 제조 및 적정곡선 그리기

2 농도 및 희석 백분율 농도 %(w/v) 용액  용액 100ml에 녹아있는 용질의 g수
e.g. 5%(w/v) NaCl 용액 : 100ml의 용액에 5.0g의 NaCl이 녹 아 있는 용액 %(w/w)용액  용액 100g에 녹아있는 용질의 g수 e.g. 5%(w/w) NaCl용액 : 100g의 용액에 5g의 NaCl이 녹아 있는 용액 %(v/v)용액  용액 100ml에 들어있는 액체의 ml수 e.g. 5.0%(v/v) 에탄올 용액 : 5.0ml의 에탄올을 함유한 물 100ml 용액 임상화학에서는 mg% 용액이 널리 사용 e.g. 70mg% 혈당치 : 100ml의 혈액에 glucose가 70mg의 농 도로 들어있음

3 농도 및 희석 몰농도(molarity, M) 노르말농도(normality, N) 1L의 용액에 녹아 있는 용질의 몰수
산-염기 중화반응, 산화-환원반응에 관계되는 계산에서 사용 당량(eq)은, 산화-환원반응에서 전자 1mol 산-염기 반응에서는 수소이온이나 수산화이온 1mol을 생성해내는 물질의 양으 로 정의 e.g. HCl(분자량 36.5) 1L에 36.5g 녹아있으면 1N농도 H2SO4(분자량98) 1L에 98g 녹아있으면 2N농도(2g당량). 1g당량의 값은 49g

4 《예2》 농도가 35%, 비중이 1.18인 0.1N HCl(분자량 35)용액 50ml 제조시 필요한 HCl용액의 양(ml)은?
《예1》 H2SO4 (분자량98) 9.8g을 물에 녹여 최종부피를 250 ㎖로 하였다면 이 용액의 N농도와 M농도는 각각 얼마인가? 250㎖  H2SO4 9.8g 1,000㎖  H2SO4 39.2g H2SO4 1M  98g H2SO4 39.2g 은 0.4 M (1 : 98 = X : 39.2, X=0.4) H2SO4 의 가수 : 2 0.4M X 2 = 0.8N 《예2》 농도가 35%, 비중이 1.18인 0.1N HCl(분자량 35)용액 50ml 제조시 필요한 HCl용액의 양(ml)은? 1M = 35g/1000ml 0.1M = 3.5g/1000ml = 0.175g/50ml 부피=질량/밀도=0.175g/1.18= 0.148ml 순도 35%이므로 0.148mlx(100/35)=0.424ml [X x (35/100) = 0.148ml]

5 농도 및 희석 희석 방법 e.g. 1:3으로 묽히기(3X buffer를 1X짜리로 만들경우)
시료 1ml에 용매(or 용액) 3ml를 가해 최종부피가 4ml이 되 게 한다. 시료 1ml에 용매(or 용액) 2ml를 가해 최종부피가 3ml이 되 게 한다.

6 완충용액(buffer solution)
완충용액이란? 외부에서 산이나 염기를 가해주어도 pH의 변화가 거의 없는 용액을 의미. 즉, pH농도를 일정하게 맞추어 주는 용액 단백질, 유기물질, 무기염류 등이 함유되어 있는 세포의 원형 질은 pH의 급격한 변화를 방지하여 세포를 보호 e.g. 혈장 – pH변화를 0.2이내로 유지하는 이상적 완충용액 생화학에서는 in vitro실험을 주로 하나 in vivo실험에서와 같 이 pH의 변화를 최소한으로 억제 약한 산 : 인산, 글루타르산, 타르타르산 등 약한 염기 : 암모니아, 피리딘, Tris(hydroxymethyl) 만일 세포질이나, 혈액등이 완충용액의 상태가 아니라 산, 염기에 의해 pH가 쉽게 변한다면 오렌지 주스만 마시면 세포가 녹아버릴 것이다. 만일 혈액안에 이 오렌지주스의 산성이 녹아 산성혈액이 된다면 온몸에 수소이온이 돌아다니면서 생명체는 산성으로 변할 것이고 그로인해 갖가지 병이 발생할 것이다. 그렇기에 완충(Buffer)작용은 중요한 것이다.

7 완충용액(buffer solution)
완충용액의 원리 완충용액은 약산과 그 산의 염의 수용액 또는 약염기와 그 염기의 염의 수용액으로 구성 CH3COOH ⇄ CH3COO- + H+ (약산이므로 조금 이온화) CH3COONa ⇄ CH3COO- + Na+ (염이므로 거의 이온화) 산 첨가 : CH3COO- + H+ ⇄ CH3COOH 염기 첨가 : OH- + CH3COOH ⇄ CH3COO- + H2O

8 적정곡선(titration curve)
약 산 – 센 염기 적정 곡선 HA ↔ A- + H+  pH의 변화가 가장 작은 곳  pKa점 이 pH에서 [HA] = [A-], 이 근처에서 적정곡 선의 기울기가 가장 작아짐 염기나 산을 가해주어도 용액의 pH값의 변 동이 가장 작음(=완충용량이 가장 큼) Half-equivalence point pH=pKa 약 산 – 센 염기 적정 곡선 센 산 – 약 염기 적정 곡선

9 pH 측정 Henderson-Hasselbalch식 이용 HA ↔ H+ + A-
Ka=[H+][A-]/[HA], [H+]=Ka[HA]/[A-] -log[H+]=-logKa([HA]/[A-]) =-logKa+(-log([HA]/[A-]))   pH=pKa+log([A-]/[HA])        => pH=pKa+log([짝염기]/[산]) 복잡한 수용액의 pH 값 측정시에는 X

10 pH 측정 지시약 이용 지시약은 산과 염기에서 각각 다른 색을 띠는 염료
지시약은 산과 염기에서 각각 다른 색을 띠는 염료 HIn (aq) ⇄ H + (aq) In - (aq) (산성 형) (염기성형) (한 색) (다른 색) 지시약 색 변화 변색 pH Thymol blue Red yellow 1.2 ~ 2.8 Methyl orange 3.2 ~ 4.4 Bromocresol green Yellow blue 3.8 ~ 5.4 Methyl purple Violet green 4.8 ~ 5.4 Methyl red 4.8 ~ 6.0 Bromothymol blue 6.0 ~ 7.6 8.0 ~ 9.6 Phenolphthalein Colorless pink 8.2 ~ 10.0 Alizarin yellow Yellow red 10.1 ~ 12.0

11 pH 측정 pH meter 이용 용액 중 2개의 전극을 삽입하여 전지 형성  발생하는 전위차를 측정하여 이 값을 pH로 나타내도록 한 장치 이 전류의 세기가 용액의 pH에 정비례하도록 만들어짐 2개의 전극 : 기준전극(reference electrode) 유리전극(glass rode)으로 pH에 민감한 유리막으로 둘러싸 인 Ag-AgCl-Cl 전극이 이용

12 pH meter 사용법 Plug를 꽂고 power를 누른 후 measure 상태가 될 때까지 기 다린다. Calibration
* 2nd를 누른 다음 cal을 누르고 기다리면 전광판 하단에 P1이라고 써 지고 pH 값이 나타난다. * 유리전극을 pH 4용액에 담그고 기다리면 pH 값 우측에 ready가 나 타나고 pH 값이 깜박거린다. * Setup을 누르면 나타난 값의 첫번째 숫자만 깜박인다. * PH 4로 보정하고자 하므로 첫번째 숫자가 4 이면 yes를 눌러 그대로 선택한다. 그러면 두번째 숫자가 깜박일 것이다. * 숫자가 틀리면 ∧나 ∨ 를 눌러 값을 맞추고 yes를 누른다. 세번째 숫 자도 마찬가지로 맞춘다. * PH 4 로 맞춰지면 전광판 하단에 P2라고 써진다. *보정이 끝나면 measure로 바뀐다. Measurement 측정하고자 하는 용액에 전극을 담그고 나타나는 pH값을 읽는다.

13 실험 용액 만들기 제조한 용액에 NaOH를 가하여 pH meter로 pH 를 측정하여 적정곡선 그리기
0.1M acetic acid 50ml FW : 60.05, 비중 : 1.049, 순도 : 99.8% 0.1N NaOH 100ml MW : 40, 순도 : 96% 0.2N KH2PO4 50ml MW : , 순도 : 99% 제조한 용액에 NaOH를 가하여 pH meter로 pH 를 측정하여 적정곡선 그리기