Basisprincipes van scheikunde: wat is een buffer?

EEN buffer is een oplossing met ofwel een zwak zuur en zijn zout of een zwakke basis en zijn zout, die bestand is tegen veranderingen in pH. Met andere woorden, een buffer is een waterige oplossing van een zwak zuur en de geconjugeerde base of een zwakke base en het geconjugeerde zuur. Een buffer kan ook een pH-buffer, waterstofionenbuffer of bufferoplossing worden genoemd.

Buffers worden gebruikt om een ​​stabiele pH in een oplossing te behouden, omdat ze kleine hoeveelheden extra zuur van base kunnen neutraliseren. Voor een bepaalde bufferoplossing is er een werkend pH-bereik en een ingestelde hoeveelheid zuur of base die kan worden geneutraliseerd voordat de pH verandert. De hoeveelheid zuur of base die aan een buffer kan worden toegevoegd voordat de pH wordt gewijzigd, wordt de buffercapaciteit genoemd.

De Henderson-Hasselbalch-vergelijking kan worden gebruikt om de geschatte pH van een buffer te meten. Om de vergelijking te gebruiken, wordt de beginconcentratie of stoichiometrische concentratie ingevoerd in plaats van de evenwichtsconcentratie.

De algemene vorm van een bufferchemische reactie is:

HA ⇌ H⁺ + A⁻

• bloed - bevat een bicarbonaat-buffersysteem
• TRIS-buffer
• fosfaatbuffer

Zoals gezegd zijn buffers bruikbaar binnen specifieke pH-bereiken. Hier is bijvoorbeeld het pH-bereik van veelvoorkomende buffers:

Wanneer een bufferoplossing wordt bereid, wordt de pH van de oplossing aangepast om deze binnen het juiste effectieve bereik te krijgen. Typisch wordt een sterk zuur, zoals zoutzuur (HCl) toegevoegd om de pH van zure buffers te verlagen. Een sterke base, zoals natriumhydroxideoplossing (NaOH), wordt toegevoegd om de pH van alkalische buffers te verhogen.

Om te begrijpen hoe een buffer werkt, overweeg het voorbeeld van een bufferoplossing gemaakt door natriumacetaat op te lossen in azijnzuur. Azijnzuur is (zoals je aan de naam kunt zien) een zuur: CH₃COOH, terwijl het natriumacetaat dissocieert in oplossing om de geconjugeerde base op te leveren, acetaationen van CH₃COO^-. De vergelijking voor de reactie is:

CH₃COOH (aq) + OH^-(aq) ⇆ CH₃COO^-(aq) + H₂O (aq)

Als er een sterk zuur aan deze oplossing wordt toegevoegd, neutraliseert het acetaation het:

CH₃COO^-(aq) + H⁺(aq) ⇆ CH₃COOH (aq)

Dit verschuift het evenwicht van de initiële bufferreactie, waardoor de pH stabiel blijft. Een sterke base zou daarentegen reageren met azijnzuur.

De meeste buffers werken over een relatief smal pH-bereik. Een uitzondering is citroenzuur omdat het drie pKa-waarden heeft. Als een verbinding meerdere pKa-waarden heeft, komt er een groter pH-bereik beschikbaar voor een buffer. Het is ook mogelijk om buffers te combineren, mits hun pKa-waarden dichtbij zijn (verschillend met 2 of minder), en de pH aanpassen met sterke base of zuur om het vereiste bereik te bereiken. De buffer van McIvaine wordt bijvoorbeeld bereid door het combineren van mengsels van Na₂PO₄ en citroenzuur. Afhankelijk van de verhouding tussen de verbindingen kan de buffer effectief zijn van pH 3,0 tot 8,0. Een mix van citroenzuur, boorzuur, monokaliumfosfaat en diethylbarbituinezuur kunnen het pH-bereik van 2,6 tot 12!

• Een buffer is een waterige oplossing die wordt gebruikt om de pH van een oplossing bijna constant te houden.
• Een buffer bestaat uit een zwak zuur en de geconjugeerde base of een zwakke base en het geconjugeerde zuur.
• Buffercapaciteit is de hoeveelheid zuur of base die kan worden toegevoegd voordat de pH van een buffer verandert.
• Een voorbeeld van een bufferoplossing is bicarbonaat in het bloed, dat de interne pH van het lichaam op peil houdt.

• Butler, J. N. (1964). Ionisch evenwicht: een wiskundige benadering. Addison-Wesley. p. 151.
• Carmody, Walter R. (1961). Msgstr "Eenvoudig te bereiden bufferseries met groot bereik" J. Chem. Educ. 38 (11): 559–560. doi:10.1021 / ed038p559
• Hulanicki, A. (1987). Reacties van zuren en basen in analytische chemie. Vertaald door Masson, Mary R. Horwood. ISBN 0-85312-330-6.
• Mendham, J.; Denny, R. C.; Barnes, J. D.; Thomas, M. (2000). "Bijlage 5". Vogel's leerboek voor kwantitatieve chemische analyse (5e ed.). Harlow: Pearson Education. ISBN 0-582-22628-7.
• Scorpio, R. (2000). Basisprincipes van zuren, basen, buffers en hun toepassing op biochemische systemen. ISBN 0-7872-7374-0.