Hvad er en buffermiddel?

I syre-basiskemi er et puffermiddel et stof, der kan bruges til at opretholde en opløsning ved en konstant pH eller niveauet af surheds-alkalinitet. Syrer i vandig opløsning tilvejebringer hydronium- (H3O ⁺ ) -ioner, mens alkalier giver hydroxid- (OH ^- ) -ioner. Opløsningens pH er et mål for de relative koncentrationer af disse ioner. En opløsning, der indeholder et puffermiddel, kan op til et punkt absorbere de yderligere hydronium- eller hydroxidioner, der indføres, når der tilsættes en syre eller base uden nogen ændring af H3O ⁺ / OH ^- forholdet, og dermed ingen ændring i pH . Naturligt forekommende buffere findes i biologiske systemer, og buffermidler har mange anvendelser inden for kemi og industri.

Når en syre opløses i vand, vil den - i større eller mindre grad - ionisere i H + -ioner og negativt ladede anioner. H ⁺ -ionerne kombineres med vand til dannelse af hydroniumioner (H3O ⁺ ), og den negative anion er kendt som konjugatbasen. Vandig saltsyre danner for eksempel hydroniumioner, og konjugatbasen er chloridion: HCl + H20 → H3O ⁺ + Cl ^- . Konjugatbasen kan reagere med hydroniumioner for at omdanne syren, men i dette tilfælde er chloridion en svag base, så saltsyre i vand næsten udelukkende består af hydroxoniumioner og chloridioner, hvilket gør det til en stærk syre. I en svag syre er modsat reaktion imidlertid signifikant, fordi konjugatbasen er stærkere, og koncentrationen af ​​hydroniumioner er derfor lavere.

En blanding indeholdende et salt af en svag syre sammen med den syre, hvorfra den er afledt, kan ofte bruges som et surt puffermiddel; saltet sikrer en rigelig tilførsel af syrens konjugatbase. Stærke syrer og deres salte er ikke nyttige som puffermidler, da et surt puffermiddel kræver, at store mængder af syren er til stede i ikke-ioniseret form, og fordi pH under alle omstændigheder normalt skal opretholdes på en næsten neutral eller kun moderat sur eller alkalisk værdi. Tilsvarende involverer et alkalisk buffermiddel normalt et salt af en svag alkali sammen med selve alkalien.

Et simpelt eksempel på en sur bufferopløsning er en vandig opløsning af eddikesyre og natriumacetat. Eddikesyre er en svag syre, så det meste af den vil ikke ioniseres. Ved tilsætning af en syre reagerer de yderligere hydroniumioner med acetationerne fra natriumacetatet og danner mere eddikesyre, som forbliver for det meste ikke-ioniseret, og som derfor ikke vil have meget indflydelse på pH-værdien. Når der tilsættes en alkali, reagerer de yderligere hydroxid- (OH ^- ) -ioner med eddikesyren til dannelse af acetationer og vand og med den mindre mængde hydroniumioner til dannelse af mere vand, igen med ringe virkning på pH.

Levende organismer beskæftiger buffermidler i en række roller. F.eks. Skal blodets pH holdes tæt på 7,4 - let på den alkaliske side af neutral. I betragtning af at en lang række kemikalier med varierende surhed og alkalinitet kan komme ind i blodbanen fra fødevarer, der indtages, er et buffermiddel nødvendigt for at sikre, at denne værdi opretholdes. Dette opnås ved en kombination af kulsyre- (H2CO3) og hydrogencarbonat- (HCO3-) ioner.

Buffermidler bruges vidt i industrien og i mange almindelige produkter. De bruges i vaskemidler, i fødevarer og i brygning for at sikre, at pH forbliver inden for det område, der kræves af gærerne, der er ansvarlige for gæring. Shampoo fungerer bedst, når den er svagt sur og vil normalt indeholde et puffermiddel for at forhindre tab af surhed under brug. Buffere bruges også meget i biologi og biokemi. Good's buffere, udviklet i 1960'erne af NE Good, er en gruppe buffermidler, der er omhyggeligt designet til ikke at forstyrre biologiske reaktioner.