Podstawy chemii: Co to jest bufor?

ZA bufor jest rozwiązanie zawierający albo słaby kwas i jej Sól lub a słaba baza i jej Sól, który jest odporny na zmiany w pH. Innymi słowy, bufor jest wodnym roztworem słabego kwasu i jego sprzężonej zasady lub słabej zasady i jej sprzężonego kwasu. Bufor można również nazwać buforem pH, buforem jonów wodorowych lub roztworem buforowym.

Bufory są stosowane do utrzymania stabilnego pH w roztworze, ponieważ mogą neutralizować małe ilości dodatkowego kwasu zasady. Dla danego roztworu buforowego istnieje roboczy zakres pH i ustalona ilość kwasu lub zasady, które można zneutralizować przed zmianą pH. Ilość kwasu lub zasady, którą można dodać do bufora przed zmianą jego pH, nazywa się jego pojemnością buforową.

The Równanie Hendersona-Hasselbalcha można użyć do pomiaru przybliżonego pH buforu. Aby użyć równania, zamiast stężenia równowagi wprowadza się stężenie początkowe lub stechiometryczne.

Ogólna postać buforowej reakcji chemicznej to:

HA ⇌ H⁺ + A⁻

• krew - zawiera układ buforowy wodorowęglanu
• Bufor TRIS
• bufor fosforanowy

Jak stwierdzono, bufory są użyteczne w określonych zakresach pH. Oto na przykład zakres pH popularnych środków buforujących:

Po przygotowaniu roztworu buforowego pH roztworu dostosowuje się, aby uzyskać prawidłowy zakres skuteczny. Zazwyczaj silny kwas, taki jak kwas chlorowodorowy (HCl), dodaje się w celu obniżenia pH kwaśnych buforów. Silną zasadę, taką jak roztwór wodorotlenku sodu (NaOH), dodaje się w celu podniesienia pH buforów alkalicznych.

Aby zrozumieć, jak działa bufor, rozważ przykład roztworu buforowego wykonanego przez rozpuszczenie octanu sodu w kwasie octowym. Kwas octowy jest (jak można rozpoznać po nazwie) kwasem: CH₃COOH, podczas gdy octan sodu dysocjuje w roztworze, otrzymując sprzężoną zasadę, jony octanowe CH₃GRUCHAĆ^-. Równanie reakcji jest następujące:

CH₃COOH (aq) + OH^-(aq) ⇆ CH₃GRUCHAĆ^-(aq) + H₂O (aq)

Jeśli do tego roztworu zostanie dodany silny kwas, jon octanowy neutralizuje go:

CH₃GRUCHAĆ^-(aq) + H⁺(aq) ⇆ CH₃COOH (aq)

Przesuwa to równowagę początkowej reakcji buforowej, utrzymując stabilne pH. Z drugiej strony silna zasada reagowałaby z kwasem octowym.

Większość buforów działa w stosunkowo wąskim zakresie pH. Wyjątkiem jest kwas cytrynowy, ponieważ ma trzy wartości pKa. Gdy związek ma wiele wartości pKa, dla bufora dostępny jest większy zakres pH. Możliwe jest również łączenie buforów, pod warunkiem, że ich wartości pKa są bliskie (różnią się o 2 lub mniej), i dostosowanie pH mocną zasadą lub kwasem, aby osiągnąć wymagany zakres. Na przykład bufor McIvaine'a wytwarza się przez połączenie mieszanin Na₂PO₄ i kwas cytrynowy. W zależności od stosunku między związkami bufor może być skuteczny od pH 3,0 do 8,0. Mieszanka kwas cytrynowy, kwas borowy, fosforan monopotasowy i kwas dietylobarbitynowy mogą obejmować zakres pH od 2,6 do 12!

• Bufor jest roztworem wodnym stosowanym do utrzymywania prawie stałego pH roztworu.
• Bufor składa się ze słabego kwasu i jego sprzężonej zasady lub słabej zasady i jej sprzężonego kwasu.
• Pojemność bufora to ilość kwasu lub zasady, którą można dodać przed zmianą pH buforu.
• Przykładem roztworu buforowego jest wodorowęglan we krwi, który utrzymuje wewnętrzne pH organizmu.

• Butler, J. N. (1964). Ionic Equilibrium: Mathematical Approach. Addison-Wesley. p. 151.
• Carmody, Walter R. (1961). „Łatwo przygotowana seria buforów szerokopasmowych”. JOT. Chem. Educ. 38 (11): 559–560. doi:10.1021 / ed038p559
• Hulanicki, A. (1987). Reakcje kwasów i zasad w chemii analitycznej. Tłumaczone przez Masson, Mary R. Horwood. ISBN 0-85312-330-6.
• Mendham, J.; Denny, R. DO.; Barnes, J. RE.; Thomas, M. (2000). „Dodatek 5”. Podręcznik Vogela do ilościowej analizy chemicznej (Wydanie 5). Harlow: Pearson Education. ISBN 0-582-22628-7.
• Scorpio, R. (2000). Podstawy kwasów, zasad, buforów i ich zastosowanie w systemach biochemicznych. ISBN 0-7872-7374-0.