이 계산기의 기능
이 도구는 완충용액에 강산이나 강염기를 넣었을 때 pH가 어떻게 변하는지를 예측합니다. 완충용액은 약산(HA)과 그 짝염기(A⁻)를 비슷한 양으로 함께 갖고 있어 pH 변화에 저항합니다. 강산이나 강염기를 넣으면 이 두 화학종의 비율이 이동하고, 새 pH는 헨더슨-하셀바흐 식으로 구할 수 있습니다. 특정 국가에 국한되지 않는 보편적인 화학 도구로, 어디서나 그대로 활용할 수 있습니다.
사용 방법
완충용액의 pKa, 첨가 전에 존재하는 짝염기(A⁻)와 약산(HA)의 몰수를 입력한 다음, 강산(H⁺)을 넣을지 강염기(OH⁻)를 넣을지 선택하고 그 몰수를 입력하세요. 계산기는 화학량론적 이동을 적용해 새 pH와 pOH를 알려줍니다. 계산에는 몰 비율이 쓰이므로, 두 성분의 단위만 같다면 몰수 대신 농도나 밀리몰(mmol)을 입력해도 됩니다.
공식 설명
강산은 짝염기와 반응합니다: A⁻ + H⁺ → HA. 따라서 염기는 줄고 산은 늘어납니다. 강염기는 약산과 반응합니다: HA + OH⁻ → A⁻ + H₂O. 따라서 산은 줄고 염기는 늘어납니다. 이때 새 pH는 다음과 같습니다:
$$\text{pH} = \text{p}K_a + \log_{10}\!\left(\frac{\text{반응 후 염기 몰수}}{\text{반응 후 산 몰수}}\right)$$
이 식은 첨가한 강한 시약이 완전히 소모되고, 완충용액의 두 성분 중 어느 것도 바닥나지 않는다는 것을 전제로 합니다. 한 성분이 모두 소진되면 완충 용량을 초과한 것이므로 계산 결과를 더 이상 신뢰할 수 없습니다.
계산 예시
pKa가 4.74이고 HA 0.10 mol, A⁻ 0.10 mol을 가진 완충용액이 있다고 합시다. 여기에 강산 0.02 mol을 넣으면 산은 0.12 mol, 염기는 0.08 mol이 됩니다. $$\text{pH} = 4.74 + \log_{10}\!\left(\frac{0.08}{0.12}\right) = 4.74 + \log_{10}(0.6667) = 4.74 - 0.176 = 4.564$$
자주 묻는 질문
왜 pH가 거의 변하지 않나요? 비율의 로그값은 천천히 변하기 때문입니다. 바로 이 점 덕분에 완충용액은 pKa 근처에서 pH를 안정적으로 유지합니다.
강산을 너무 많이 넣으면 어떻게 되나요? 첨가한 몰수가 완충용액의 한 성분과 같거나 그 이상이면 해당 성분이 모두 소모되어 완충 작용이 깨지고, 계산기가 경고를 표시합니다. 이때 용액은 강산 또는 강염기처럼 거동합니다.
부피가 영향을 주나요? 아닙니다. 식이 몰 비율을 사용하므로 두 성분이 공유하는 희석 부피는 약분되어 사라집니다.
