보고서 설명

생물체 내에서 일어나는 생화학반응은 모두 물 속에서 진행된다. 식물체의 수분함량이 약 85% 이고 동물의 경우에도 종에 따라 큰 차이가 있지만 포유동물은 그 몸의 약 70 - 80% 가 물이다. 생물체 내에 존재하는 물은 순수한 물이 아니라 용액(solution)이다. 물이 용매(solvent)이고 여기에 녹아 있는 유기화합물, 무기화합물, 그리고 각종 이온(ion)은 용질(solute)이다. 이런 수용액(water solution, aqueous solution)은 순수한 물(pure water)과 비교할 때 생화학적인 성질이 크게 다르다. 용질의 농도가 높으면 높을 수록 어는 점(freezing point)이 낮아지고 끓는 점(boiling point)은 높아진다. 또한 생물체 내에서 진행되는 삼투압(osmotic pressure)과 삼투현상(osmosis)에도 직접적인 영향을 미친다. 그러므로 수용액의 성질을 규명하는 것이 생물체 내에서 일어나는 생화학 반응을 이해하는 데 있어서 가장 중요하다.

본문일부 및 목차

생물체액의 완충성
생명현상이 진행되는 생물체 내의 수용액은 일정한 pH를 유지해야 한다. 그렇지 않으면 대사작용이 흐트러진다. 예를 들어 인간의 혈액(blood)의 혈청은 pH가 약 7.40이다. 혈액의 pH가 7.40 이하로 심하게 떨어지면 산독증(acidosis)상태에 이른다. 신경계가 둔화되고 졸도할 지경에 이르기도 하며 경우에 따라서는 혼수상태가 된다. 약한 산독증은 호흡곤란과 기침, 또는 폐기종과 같은 질환을 유발한다. 반대로 혈액의 pH가 7.40보다 높을 때 생기는 이상이 알칼리독증(alkalosis)이다. 산독증에 비해 흔히 일어나지는 않지만 일단 유발되면 산독증의 반대 증상이 나타난다. 신경계가 초긴장상태가 되고 근육경화와 함께 경련이 일어난다. 그러므로 외부로부터 어떤 원인에 의하던지 간에 체액의 급격한 pH 변화가 야기 되지 않도록 할 장치가 필요하다. 이런 능력을 지닌 액체가 완충용액(buffer solution), 또는 완충계(buffer system)이다. 완충용액의 특징은 1) 센 산(strong acid)이나 센 염기(strong alkali, strong base)를 첨가해도 pH가 별로 변하지 않고, 2) 약한 산의 pKa와 거의 같은 값의 pH를 가지는 것이다.
센 산 중의 하나인 염산(HCl)의 수용액은,
HCl(aq) → H+(aq) + Cl-(aq) 로 표시된다. 다시 말해 →(화살표 하나로 정반응을 가리킴)에서 보듯이 HCl은 물 속에서 모두 H+(aq)와 Cl-(aq)로 이온화(ionization)되어 이온화되지 않고 남아있는 HCl 이 존재하지 않는다(일반적으로 다루어지는 묽은 수용액의 경우). 따라서 해리상수(dissociation constant)는 의미가 없어진다.
[H+] [Cl-] [H+] [Cl-]
Ka = 󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏 = 󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏 = ∞
[HCl] 0
그러나 약한 산은 물에 용해되기는 하지만 용해도(solubility)도 적고 이온화되는 비율은 더욱 적어 용해는 되었지만 이온화되지 않은 분자상태의 것과 이온화된 +, - 이온 사이에 평형상태가 이루어진다. 이 때의 평형상태도 일정한 온도에서는 일정하므로 산의 이온화 상수(Ka,ionization constant)가 얻어진다. 약한 산을 일반적인 약자를 써서 HA라고 한다면
HA(aq) ⇌ H+(aq) + A-(aq),

양쪽 방향의 화살표 ⇌ 는 평형상태를 나타내므로
[H+] [A-]
Ka = 󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏󰠏 ......................................③
[HA]
센 산과 약한 산을 구별하는 방법은 수용액 속에서의 이온화 반응식으로 곧 알 수 있다.

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