Wat is een buffer agent?
In de chemie op zuurbasis is een buffermiddel een stof die kan worden gebruikt om een oplossing op een constante pH of zuurgraad-alkaliteit te houden. Zuren in waterige oplossing verschaffen hydronium (H30 + ) ionen, terwijl alkaliën hydroxide (OH-) ionen verschaffen. De pH van de oplossing is een maat voor de relatieve concentraties van deze ionen. Een oplossing die een buffermiddel bevat, kan tot op zekere hoogte de extra hydronium- of hydroxide-ionen absorberen die worden geïntroduceerd wanneer een zuur of base wordt toegevoegd zonder enige wijziging in de H30 + / OH - verhouding, en dus geen verandering in pH . In de natuur voorkomende buffers worden in biologische systemen aangetroffen en buffermiddelen hebben veel toepassingen in de chemie en de industrie.
Wanneer een zuur wordt opgelost in water, zal het - in meer of mindere mate - ioniseren in H + -ionen en negatief geladen anionen. De H + -ionen combineren met water om hydroniumionen (H30 + ) te vormen en het negatieve anion staat bekend als de geconjugeerde base. Waterig zoutzuur bijvoorbeeld vormt hydroniumionen en de geconjugeerde base is het chloride-ion: HCl + H20 → H30 + + Cl - . De geconjugeerde base kan reageren met hydroniumionen om het zuur opnieuw te vormen, maar in dit geval is het chloride-ion een zwakke base, dus zoutzuur in water bestaat bijna volledig uit hydroxonium-ionen en chloride-ionen, waardoor het een sterk zuur is. In een zwak zuur is de omgekeerde reactie echter significant omdat de geconjugeerde base sterker is en dus de concentratie van hydroniumionen lager is.
Een mengsel dat een zout van een zwak zuur bevat samen met het zuur waarvan het is afgeleid, kan vaak worden gebruikt als een zuur buffermiddel; het zout zorgt voor een overvloedige toevoer van de geconjugeerde base van het zuur. Sterke zuren en hun zouten zijn niet bruikbaar als buffermiddelen, aangezien een zuur buffermiddel grote hoeveelheden van het zuur nodig heeft om in niet-geïoniseerde vorm aanwezig te zijn en omdat de pH in elk geval gewoonlijk vrijwel neutraal moet worden gehouden of alleen matig zure of alkalische waarde. Evenzo omvat een alkalisch buffermiddel gewoonlijk een zout van een zwak alkali samen met de alkali zelf.
Een eenvoudig voorbeeld van een zure bufferoplossing is een waterige oplossing van azijnzuur en natriumacetaat. Azijnzuur is een zwak zuur, dus het meeste zal niet worden geïoniseerd. Bij toevoeging van een zuur zullen de extra hydroniumionen reageren met de acetaationen van het natriumacetaat, waardoor meer azijnzuur wordt gevormd, dat meestal niet-geïoniseerd zal blijven en dus niet veel effect op de pH zal hebben. Wanneer een alkali wordt toegevoegd, zullen de extra hydroxide (OH-) ionen reageren met het azijnzuur om acetaationen en water te vormen, en met de kleinere hoeveelheid hydroniumionen om meer water te vormen, opnieuw met weinig effect op de pH.
Levende organismen gebruiken buffermiddelen in een aantal rollen. De pH van bloed moet bijvoorbeeld dicht bij 7,4 worden gehouden - enigszins aan de alkalische kant van neutraal. Gezien het feit dat een grote verscheidenheid aan chemicaliën met verschillende zuurgraad en alkaliteit de bloedbaan kan binnendringen van voedsel dat wordt ingenomen, is een buffermiddel nodig om ervoor te zorgen dat deze waarde wordt gehandhaafd. Dit wordt bereikt door een combinatie van koolzuur (H 2 CO 3 ) en waterstofcarbonaat (HCO 3 - ) ionen.
Buffers worden veel gebruikt in de industrie en in veel voorkomende producten. Ze worden gebruikt in wasmiddelen, in voedingsmiddelen en bij het brouwen om ervoor te zorgen dat de pH binnen het bereik blijft dat vereist is door de gisten die verantwoordelijk zijn voor de gisting. Shampoo werkt het beste wanneer het licht zuur is en zal over het algemeen een buffer bevatten om verlies van zuurgraad tijdens gebruik te voorkomen. Buffers worden ook veel gebruikt in de biologie en biochemie. Good's buffers, ontwikkeld in de jaren 1960 door NE Good, zijn een groep buffers die zorgvuldig zijn ontworpen om biologische reacties niet te verstoren.