Co je pufrovací agent?
V chemii na bázi kyseliny je pufrovací činidlo látka, kterou lze použít k udržování roztoku na konstantním pH nebo na úrovni acidity-zásaditosti. Kyseliny ve vodném roztoku poskytují ionty hydronia (H30 + ), zatímco alkálie poskytují hydroxidy (OH - ). PH roztoku je měřítkem relativních koncentrací těchto iontů. Roztok obsahující pufrovací činidlo může až do okamžiku absorbovat další hydroniové nebo hydroxidové ionty, které se zavádějí, když se přidá kyselina nebo báze, bez jakékoli změny poměru H30 + / OH, a tedy bez změny pH . Přirozeně se vyskytující pufry se nacházejí v biologických systémech a pufrovací činidla mají mnoho použití v chemii a průmyslu.
Když je kyselina rozpuštěna ve vodě, bude - ve větší či menší míře - ionizovat na ionty H + a záporně nabité anionty. H + ionty se spojí s vodou za vzniku hydroniových iontů (H 3 O + ) a záporný anion je známý jako konjugovaná báze. Vodná kyselina chlorovodíková například tvoří hydroniové ionty a konjugovanou bází je chloridový iont: HCI + H20 → H30 + + Cl-. Konjugovaná báze může reagovat s hydroniovými ionty, aby znovu vytvořila kyselinu, ale v tomto případě je chloridový iont slabou bází, takže kyselina chlorovodíková ve vodě sestává téměř výhradně z hydroxidových iontů a chloridových iontů, čímž se stává silnou kyselinou. U slabé kyseliny je však reverzní reakce významná, protože konjugovaná báze je silnější, a proto je koncentrace hydroniových iontů nižší.
Směs obsahující sůl slabé kyseliny spolu s kyselinou, ze které je odvozena, může být často použita jako kyselé pufrovací činidlo; sůl zajišťuje dostatečné množství konjugované báze kyseliny. Silné kyseliny a jejich soli nejsou užitečné jako pufrovací činidla, protože kyselé pufrovací činidlo vyžaduje, aby velké množství kyseliny bylo přítomno v neionizované formě, a protože pH musí být v každém případě obvykle udržováno na téměř neutrální nebo pouze mírně kyselá nebo zásaditá hodnota. Podobně alkalické pufrovací činidlo obvykle zahrnuje sůl slabé alkálie spolu se samotnou alkálií.
Jednoduchým příkladem kyselého pufrovacího roztoku je vodný roztok kyseliny octové a octanu sodného. Kyselina octová je slabá kyselina, takže většina z ní nebude ionizovaná. Po přidání kyseliny budou další hydroniové ionty reagovat s acetátovými ionty z octanu sodného, čímž se vytvoří více kyseliny octové, která zůstane většinou neionizovaná, a tak nebude mít velký vliv na pH. Když je přidána zásada, další hydroxidové (OH-) ionty budou reagovat s kyselinou octovou za vzniku acetátových iontů a vody a s menším množstvím hydroniových iontů za vzniku více vody, opět s malým účinkem na pH.
Živé organismy používají pufrovací činidla v řadě rolí. Například je třeba udržovat pH krve blízko 7,4 - mírně na alkalické straně neutrálního. Vzhledem k tomu, že z potravy, která je přijímána, může do krevního řečiště proniknout celá řada chemikálií s různou kyselostí a zásaditostí, je nutné zajistit, aby byla tato hodnota udržována, pufrovací činidlo. Toho je dosaženo kombinací iontů kyseliny uhličité (H2CO3) a hydrogenuhličitanu (HCO3 - ).
Pufrovací činidla jsou široce používána v průmyslu a v mnoha běžných produktech. Používají se v pracích prostředcích, v potravinách a při vaření piva, aby se zajistilo, že pH zůstane v rozmezí požadovaném kvasinkami odpovědnými za kvašení. Šampon funguje nejlépe, když je mírně kyselý a obvykle obsahuje pufrovací činidlo, aby se zabránilo ztrátě kyselosti během používání. Pufry se také hodně používají v biologii a biochemii. Pufry Good, vyvinuté v 60. letech NE Goodem, jsou skupinou pufrovacích činidel pečlivě navržených tak, aby neovlivňovaly biologické reakce.