Hva er en buffermiddel?

I syre-basisk kjemi er et buffermiddel et stoff som kan brukes til å opprettholde en løsning ved konstant pH, eller nivået av surhet-alkalitet. Syrer i vandig løsning gir hydronium (H3O ⁺ ) -ioner, mens alkalier gir hydroksyd (OH ^- ) -ioner. Opløsningens pH er et mål på de relative konsentrasjonene av disse ionene. En løsning som inneholder et buffermiddel kan opp til et punkt absorbere de ytterligere hydronium- eller hydroksydioner som blir introdusert når en syre eller base tilsettes uten noen endring i H3O ⁺ / OH ^- forholdet, og dermed ingen endring i pH . Naturlig forekommende buffere finnes i biologiske systemer og buffermidler har mange bruksområder i kjemi og industri.

Når en syre blir oppløst i vann, vil den - i større eller mindre grad - ionisere til H + -ioner og negativt ladede anioner. H ⁺ -ionene kombineres med vann for å danne hydroniumioner (H3O ⁺ ) og den negative anjonen er kjent som konjugatbasen. Vandig saltsyre danner for eksempel hydroniumioner og konjugatbasen er kloridionet: HCl + H20 → H3O ⁺ + Cl ^- . Konjugatbasen kan reagere med hydroniumioner for å forme syren på nytt, men i dette tilfellet er kloridionet en svak base, så saltsyre i vann består nesten utelukkende av hydroksoniumioner og kloridioner, noe som gjør den til en sterk syre. I en svak syre er imidlertid reversreaksjonen betydelig fordi konjugatbasen er sterkere og konsentrasjonen av hydroniumioner er lavere.

En blanding som inneholder et salt av en svak syre sammen med syren som den er avledet fra, kan ofte brukes som et surt buffermiddel; saltet sikrer en rikelig tilførsel av syrens konjugatbase. Sterke syrer og salter derav er ikke nyttige som buffermidler, da et surt puffermiddel trenger store mengder syre for å være til stede i ikke-ionisert form, og fordi pH i alle fall vanligvis må holdes på en nesten nøytral eller bare moderat sur eller alkalisk verdi. Tilsvarende involverer et alkalisk buffermiddel vanligvis et salt av en svak alkali sammen med selve alkalien.

Et enkelt eksempel på en sur bufferløsning er en vandig oppløsning av eddiksyre og natriumacetat. Eddiksyre er en svak syre, så det meste av den vil ikke bli ionisert. Når du tilsetter en syre, vil de ytterligere hydroniumionene reagere med acetationene fra natriumacetatet, og danne mer eddiksyre, som for det meste vil forbli ikke-ionisert og vil ikke ha så stor innvirkning på pH. Når en alkali tilsettes, vil de ekstra hydroksydionene (OH ^- ) -ionene reagere med eddiksyre for å danne acetationer og vann, og med den mindre mengden hydroniumioner for å danne mer vann, igjen med liten effekt på pH.

Levende organismer benytter buffermidler i en rekke roller. For eksempel må pH i blod holdes nær 7,4 - litt på den alkaliske siden av nøytral. Gitt at et bredt utvalg av kjemikalier med varierende surhet og alkalinitet kan komme inn i blodstrømmen fra mat som er inntatt, er et buffermiddel nødvendig for å sikre at denne verdien opprettholdes. Dette oppnås ved en kombinasjon av kullsyre (H ₂ CO ₃ ) og hydrogenkarbonat (HCO ₃ ^- ) -ioner.

Buffermidler er mye brukt i industrien og i mange vanlige produkter. De brukes i vaskemidler, i matvarer og i brygging for å sikre at pH holder seg innenfor det området som gjærene som er ansvarlige for gjæring, krever. Sjampo fungerer best når den er svakt sur og vil vanligvis inneholde et bufrende middel for å forhindre tap av surhet under bruk. Buffere er også mye brukt i biologi og biokjemi. Good's buffere, utviklet på 1960-tallet av NE Good, er en gruppe buffermidler nøye designet for ikke å forstyrre biologiske reaksjoner.