핵심 해설
이 문제는
완충 용액(Buffer Solution)의 원리와
헨더슨-하셀바흐 방정식(Henderson-Hasselbalch equation)의 적용을 묻고 있어요. 약산인
아세트산(CH₃COOH)에 강염기인
수산화나트륨(NaOH)을 가하면 중화 반응이 일어나
짝염기(Conjugate base)인 아세트산 이온(CH₃COO⁻)이 생성됩니다.
1. 반응 전 물질량(mmol) 계산
• 아세트산:
50 mL × 0.20 M = 10 mmol
• NaOH:
25 mL × 0.20 M = 5 mmol
2. 중화 반응 후 조성
CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O
반응 후 남은 아세트산(HA): 10 mmol - 5 mmol = 5 mmol
생성된 아세트산 이온(A⁻): 5 mmol
핵심! 약산(HA)과 그 짝염기(A⁻)가
1:1의 몰 비율로 공존하게 됩니다. 이 지점을
반당량점(Half-equivalence point)이라고 해요.
3. 헨더슨-하셀바흐 방정식 적용
pH = pKa + log([A⁻]/[HA])
= 4.74 + log(5 mmol / 5 mmol)
= 4.74 + log(1)
= 4.74 + 0 =
4.74
핵심! [A⁻] = [HA]일 때 pH = pKa가 되며, 이 상태에서 용액은
완충 능력(Buffer capacity)이 최대가 됩니다. 이는 외부에서 산이나 염기를 첨가해도 pH 변화에 가장 크게 저항할 수 있는 최적의 조건이에요. 따라서 정답은
2번입니다.
개념 정리
완충 용액은 약산과 그 짝염기, 또는 약염기와 그 짝산의 혼합물로 구성되어 외부의 pH 변화에 저항합니다. 생물학적 시스템에서 혈액의 pH를 7.4로 유지하는 탄산-중탄산염 완충계, 약제학적으로는 주사제의 안정성을 위한 pH 조절 등에 필수적인 개념이에요.
한눈에 비교!
| 구분 | 완충 구간 (Buffer Region) | 반당량점 (Half-equivalence Pt) | 당량점 (Equivalence Pt) |
|---|
| 정의 | pH = pKa ± 1 범위 | HA와 A⁻의 양이 같아지는 지점 | 산과 염기가 완전히 중화되는 지점 |
| pH | pKa ± 1 | pH = pKa | 약산-강염기: pH > 7 |
| 완충 능력 | 유효함 | 최대 | 거의 없음 |
| 용액 조성 | HA와 A⁻ 공존 | [HA] = [A⁻] (1:1) | A⁻만 존재 (가수분해) |
약리기전 포인트
헨더슨-하셀바흐 방정식은 약물의
이온화 정도(Ionization)를 예측하여 약물의 흡수, 분포, 배설을 이해하는 데 중요해요. 위장관에서 약산성 약물(pKa < 7)은 비이온형 비율이 높아 흡수가 잘 되고, 약염기성 약물은 장에서 주로 흡수됩니다.
암기 팁
"반은 같다! 반당량점에서는 HA와 A⁻의 양이 같으므로
pH = pKa다!"라고 암기하세요. log(1) = 0 이므로 pKa에 더해지는 값이 0이 되어 pH가 곧 pKa가 되는 원리를 기억하면 됩니다.
국시 빈출 포인트
완충 용액의 pH 계산은 약제학 과목에서 매년 거의 출제되는 단골 주제예요. 반당량점, 당량점의 pH 차이를 묻거나, 주사제 조제 시 적정 pH 완충액의 종류와 용량을 계산하는 문제로 심화 출제되니 방정식의 변형 계산도 꼭 연습하세요.
기출 변형 주의!
단순 pH 계산을 넘어, "이 약물(pKa 4.5)이 위(pH 2.0)와 소장(pH 6.5)에서 이온화되는 비율은?" 또는 "주사용 분말 항생제를 생리식염수에 녹였을 때 pH를 예측하고, 침전이 생기는 이유를 설명하시오" 같은 약제학적 응용 문제로도 출제될 수 있어요.