01
완충액은 약산과 그 짝염기의 혼합물이다
- 완충액 = 약산과 그 짝염기(또는 약염기와 짝산)의 혼합물
- 산 첨가 시 짝염기 A⁻가 H⁺를 받아 HA로, 염기 첨가 시 HA가 OH⁻를 중화
- pH를 고정하는 것이 아니라 변화의 폭을 줄이는 작용
- 두 성분이 비슷한 양으로 존재해야 양방향 완충이 가능
- 한쪽이 부족하면 그 방향의 부하에 취약
HA ⇌ H⁺ + A⁻ / A⁻ + H⁺ → HA / HA + OH⁻ → A⁻ + H₂O
02
헨더슨–하셀바흐식은 pH, pKa 그리고 완충제 농도의 관계를 나타낸다
- Ka 식을 변형하면 pH = pKa + log([A⁻]/[HA]) (헨더슨-하셀바흐)
- 비율이 1이면 pH = pKa, 비율이 10배 변하면 pH가 1단위 이동
- 실용 완충 범위는 대체로 pKa ± 1
- 강산 첨가 문제는 먼저 몰수를 변화시켜 새 [HA]·[A⁻]를 구한 뒤 식에 대입
- 실제 용액에서는 농도 대신 활동도를 사용해야 정확
pH = pKₐ + log₁₀([A⁻]/[HA])
pH = 4.76 + log₁₀(0.120/0.080) = 4.76 + 0.176 = 4.94
pH = 4.76 + log₁₀(4.0/6.0) = 4.58 (초기 4.76 → 변화 −0.18)
03
완충능은 완충액의 농도와 조성에 따라 달라진다
- 완충 범위 = 완충이 유효한 pH 구간, 완충능 = 산·염기 부하에 저항하는 정도
- pH는 [A⁻]/[HA] 비율이, 저항력은 두 성분의 총량이 결정
- 완충능은 총 농도가 클수록, pKa에 가까울수록 커짐
- 그래프에서 기울기가 작은 구간이 완충이 잘 되는 구간
β = d n(강염기)/(V · d pH) (단위: mol·L⁻¹·pH⁻¹)
04
약산 또는 약염기는 세포와 조직의 pH 변화를 완화한다
- 세포질은 인산 완충계(pKa 7.2 부근)가 담당
- 단백질과 헤모글로빈은 히스티딘 등 다양한 pKa의 산·염기 자리를 대량 제공
- 혈액은 중탄산-CO₂ 계가 주된 완충계이며 폐가 CO₂를 제거하므로 열린 계로 작동
- 혈액 pH는 [HCO₃⁻]와 pCO₂의 비로 결정되어 호흡으로 빠르게 조절
- 화학적 완충은 호흡·신장의 조절을 대체하지 못함
- 호흡성·대사성 이상과 보상 반응을 구분해야 함
H₂PO₄⁻ ⇌ H⁺ + HPO₄²⁻
CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻
pH = 6.1 + log₁₀{ [HCO₃⁻](mmol/L) / [0.03 × pCO₂(mmHg)] }
05
당뇨병을 방치하면 치명적인 산증을 일으킬 수 있다
- 인슐린 부족 → 지방산 β산화 증가 → 케톤체(아세토아세트산·β-히드록시부티르산) 과잉 생성
- 케톤산이 HCO₃⁻를 소모해 대사성 산증 유발
- 보상성 과호흡으로 CO₂를 배출해 pH를 일부 회복, 탈수와 전해질 이상 동반
- 진단 기준: 혈당 ≥ 200mg/dL, β-히드록시부티르산 ≥ 3.0mmol/L, pH < 7.3 또는 HCO₃⁻ < 18mmol/L
- 케톤증(케톤체 증가)과 케톤산증(산증 동반), 산혈증(실제 pH 저하)을 구분
- 정상 혈당에서도 DKA가 발생할 수 있어 단일 지표로 배제 불가
pH = 6.1 + log₁₀(10/0.81) = 7.19 (교육용 가상 자료)
06
별도설명 2-1. 자신이 스스로 실험용 토끼가 되다
- 별도 설명 = 연구윤리 관련 사료 해석으로, 본 웹 교재에서는 요지만 유지
참조 자료 · References
| 강산 H⁺ 첨가 | 강염기 OH⁻ 첨가 |
|---|---|
| A⁻ + H⁺ → HA | HA + OH⁻ → A⁻ + H₂O |
| A⁻의 양은 감소하고 HA는 증가한다. | HA의 양은 감소하고 A⁻는 증가한다. |
| A⁻가 부족하면 산 첨가에 취약하다. | HA가 부족하면 염기 첨가에 취약하다. |
| [A⁻]/[HA] | pH − pKₐ | 해석 |
|---|---|---|
| 1:10 | −1.00 | 약산 우세, 산 부하에 대한 대응 약함 |
| 1:1 | 0.00 | 양방향에 균형 잡힌 완충 |
| 10:1 | +1.00 | 짝염기 우세, 염기 부하에 대한 대응 약함 |
| 100:1 | +2.00 | 일반적인 유효 완충 범위 밖 |
| 완충·조절 성분 | 주된 역할 | 교과서에서 강조할 점 |
|---|---|---|
| 중탄산/CO₂ | 혈액과 세포외액의 산·염기 조절 | 폐가 CO₂를 제거하므로 열린 계로 작동 |
| 인산염 | 세포 내 및 신장 세뇨관에서의 완충 | 유효 pKₐ는 조건의 영향을 받음 |
| 헤모글로빈·단백질 | H⁺를 결합·방출하며 pH 변화 완화 | 표면 작용기의 다양한 pKₐ |
| 호흡계 | pCO₂ 조절 | 대사성 이상에 대한 보상 경로 |
| 신장 | H⁺ 배설·HCO₃⁻ 조절 | 지속적인 비휘발성 산 배설에 필수 |
| 평가 영역 | 교육용 참고 기준 | 해석 시 주의 |
|---|---|---|
| 당뇨병·혈당 | 당뇨병 병력 또는 혈당 ≥ 200 mg/dL | 정상 또는 낮은 혈당의 DKA도 가능 |
| 케톤 증가 | β-히드록시부티르산 ≥ 3.0 mmol/L 등 | 소변 케톤은 주요 케톤체를 직접 정량하지 못함 |
| 대사성 산증 | pH < 7.3 또는 HCO₃⁻ < 18 mmol/L | 각 항목의 측정 시점과 다른 질환 감별 필요 |
| 용어 | 핵심 뜻 |
|---|---|
| 케톤증(ketosis) | 케톤체가 증가한 상태. 산증을 반드시 동반하지는 않음 |
| 케톤산증(ketoacidosis) | 케톤산의 증가와 관련된 대사성 산증 |
| 산혈증(acidemia) | 실제 혈액 pH가 정상 범위보다 낮은 상태 |
| 보상성 과호흡 | 대사성 산증에서 CO₂를 배출해 pH를 일부 높이는 반응 |
| 중탄산염 소모 | 산 부하를 받아들이면서 HCO₃⁻가 감소하는 현상 |
