헨더슨–하셀바흐 완충 용액 계산기

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결과

pH4.936
[A⁻]/[HA]1.5
pKa4.76
[H⁺]1.159 × 10⁻⁵ mol/L

헨더슨–하셀바흐 식은 [HA]와 [A⁻]가 [H⁺]와 [OH⁻]보다 훨씬 크다고 가정합니다. 완충 용액은 pKa ± 1 범위에서 가장 잘 작용합니다. 몰 수를 써도 농도와 같은 비가 나옵니다.

헨더슨–하셀바흐 식 pH = pKa + log([A⁻]/[HA])로 완충 용액을 다루세요. 약산과 그 짝염기의 농도로 완충 용액의 pH를 구하거나, 목표 pH에 필요한 염기와 산의 비와 농도를 구하거나, 측정한 pH로 pKa를 구할 수 있습니다. 산의 세기는 pKa 또는 Ka로 줄 수 있습니다.

단계별 풀이

헨더슨–하셀바흐 식

pH = pKa + log([A⁻]/[HA])

대입하기

[A⁻]/[HA] = 0.15/0.1 = 1.5
pH = 4.76 + log 1.5 = 4.76 + 0.1761 = 4.936

핵심 공식

pH
pH = −log[H⁺]
약산
[H⁺] ≈ √(Ka·c)
완충 용액
pH = pKa + log([A⁻]/[HA])

헨더슨–하셀바흐 식을 사용하는 방법

  1. 약산 HA와 그 짝염기 A⁻를 확인하세요. 예: 아세트산과 아세트산 이온.
  2. pKa를 구하세요. Ka가 주어지면 pKa = −log Ka를 쓰세요.
  3. pH는 pH = pKa + log([A⁻]/[HA])입니다. 둘 다 같은 부피에 있으므로 농도 대신 몰 수를 쓸 수 있습니다.
  4. 목표 pH에는 [A⁻]/[HA] = 10^(pH − pKa)를 쓰세요. 총 농도 c는 [A⁻] = c·r/(1 + r), [HA] = c/(1 + r)로 나누세요.
  5. 결과를 검증하세요. [A⁻] = [HA]이면 pH는 pKa와 같고, 완충 용액은 pKa ± 1 범위에서 가장 잘 작용합니다.

질문과 답변

헨더슨–하셀바흐 식은 언제 정확한가요?

[HA]와 [A⁻]가 모두 [H⁺]와 [OH⁻]보다 훨씬 클 때이며, 보통 0.01 mol/L 이상이고 pH가 약 3에서 11 사이인 완충 용액에서 성립합니다. 아주 묽은 용액이나 비교적 강한 산에서는 전체 평형을 풀어야 합니다.

완충 용액에 강산이나 강염기를 넣으면 어떻게 되나요?

몰 수로 계산하세요. 넣은 H⁺는 A⁻를 HA로 바꾸고, 넣은 OH⁻는 HA를 A⁻로 바꿉니다. 두 양을 갱신한 다음 새 비를 식에 넣으세요.

암모니아 같은 염기 완충 용액에도 쓸 수 있나요?

네, 짝산의 pKa를 쓰면 됩니다. NH₄⁺/NH₃의 pKa는 9.25이므로 pH = 9.25 + log([NH₃]/[NH₄⁺])입니다. 25 °C에서 pOH = pKb + log([BH⁺]/[B])와 pH = 14 − pOH로 계산할 수도 있습니다.

완충 용액은 왜 pKa 근처에서만 작용하나요?

완충 작용에는 첨가된 산이나 염기를 흡수할 HA와 A⁻가 둘 다 충분히 있어야 합니다. pKa에서 pH 한 단위 떨어지면 비가 이미 10:1이고, 더 멀어지면 둘 중 한 형태가 너무 적어집니다.

산과 염기의 양이 같은 완충 용액의 pH는 얼마인가요?

log 1 = 0이므로 pKa와 같습니다. 아세트산과 아세트산 나트륨이 같은 농도이면 pH는 약 4.76입니다.

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