Roztwór buforowy

Roztwór buforowy

Roztwór buforowy, zwany także zbuforowanym, to roztwór, który utrzymuje stabilne pH pomimo dodawania niewielkich ilości mocnych kwasów lub zasad, a także po rozcieńczeniu. Składa się z mieszaniny słabego kwasu i jego soli lub słabej zasady i jej soli.

Mechanizm działania buforów

Bufory działają na zasadzie równowagi chemicznej między słabym kwasem a jego solą, co pozwala na ich odporność na zmiany pH. Po dodaniu mocnej zasady, reaguje ona z jonami hydroniowymi, które są regenerowane przez dysocjację kwasu. W przypadku dodania mocnego kwasu, silna zasada sprzężona neutralizuje go, co również stabilizuje pH.

Przykłady układów buforowych

• Bufor wodorowęglanowy
• Bufor octanowy: CH₃COOH + CH₃COONa (pH = 3,6–5,6)
• Bufor amonowy: NH₃ + NH₄Cl (pH = 8–11)
• Bufor fosforanowy: NaH₂PO₄ + Na₂HPO₄ (pH = 5,7–8,0)
• Bufor boranowy: H₃BO₃, Na₂B₄O₇ (pH = 7–9)

Wzór Hendersona-Hasselbalcha

Wzór ten jest używany do obliczania pH roztworu buforowego i ma postać:

$pH\; =\; pK\_a\; +\; \backslash log\backslash frac\{c\_\{akceptora\}\}\{c\_\{donora\}\}$

Pojemność buforowa

Pojemność buforowa (β) określa, jak skutecznie bufor może neutralizować zmiany pH. Jest definiowana jako:

$\backslash beta\; =\; \backslash left|\backslash frac\{d\; n\}\{d\; pH\}\backslash right|\; \backslash approx\; \backslash left|\backslash frac\{\backslash Delta\; n\}\{\backslash Delta\; pH\}\backslash right|$

gdzie Δn to ilość dodanego mocnego kwasu lub zasady.

Zastosowania

Roztwory buforowe są kluczowe w wielu dziedzinach, w tym w chemii analitycznej, biologii molekularnej, mikrobiologii oraz w przemyśle. Utrzymują stałe pH w produkcji barwników, leków i w procesach fermentacyjnych, a także w kosmetykach i żywności.

Roztwory buforowe w organizmach żywych

Bufory w organizmach żywych, takie jak bufory krwi, regulują pH w granicach 7,35–7,45. Ich zachwianie prowadzi do stanów patologicznych. Ważnymi buforami w krwi są:

• Bufor białczanowy
• Bufor hemoglobinowy
• Bufor wodorowęglanowy
• Bufor fosforanowy