Co to jest agent buforujący?
W chemii kwasowo-zasadowej środek buforujący jest substancją, którą można stosować do utrzymywania roztworu w stałym pH lub poziomie zasadowości kwasowości. Kwasy w roztworze wodnym dostarczają jony hydroniowe (H 3 O + ), podczas gdy zasady zapewniają jony wodorotlenkowe (OH - ). PH roztworu jest miarą względnych stężeń tych jonów. Roztwór zawierający środek buforujący może do pewnego stopnia zaabsorbować dodatkowe jony hydroniowe lub wodorotlenkowe, które są wprowadzane po dodaniu kwasu lub zasady bez zmiany stosunku H3O + / OH - , a zatem bez zmiany pH . Naturalnie występujące bufory znajdują się w układach biologicznych, a środki buforujące mają wiele zastosowań w chemii i przemyśle.
Kiedy kwas rozpuszcza się w wodzie, w większym lub mniejszym stopniu jonizuje się do jonów H + i ujemnie naładowanych anionów. Jony H + łączą się z wodą, tworząc jony hydroniowe (H3O + ), a anion ujemny jest znany jako zasada sprzężona. Na przykład wodny kwas chlorowodorowy tworzy jony hydroniowe, a sprzężoną zasadą jest jon chlorkowy: HCl + H2O → H3O + + Cl - . Koniugatowa zasada może reagować z jonami hydroniowymi, aby ponownie wytworzyć kwas, ale w tym przypadku jon chlorkowy jest słabą zasadą, więc kwas chlorowodorowy w wodzie składa się prawie całkowicie z jonów hydroksylowych i jonów chlorkowych, co czyni go mocnym kwasem. Jednak w słabym kwasie reakcja odwrotna jest znacząca, ponieważ sprzężona zasada jest silniejsza, a zatem stężenie jonów hydroniowych jest niższe.
Mieszanina zawierająca sól słabego kwasu wraz z kwasem, z którego pochodzi, może być często stosowana jako kwasowy środek buforujący; sól zapewnia obfite zapasy sprzężonej zasady kwasu. Silne kwasy i ich sole nie są przydatne jako środki buforujące, ponieważ kwasowy środek buforujący potrzebuje dużych ilości kwasu, aby był obecny w formie niejonizowanej, a ponieważ pH, w każdym razie, zwykle musi być utrzymywane na poziomie prawie neutralnym lub tylko umiarkowanie kwaśna lub zasadowa. Podobnie, alkaliczny środek buforujący zwykle obejmuje sól słabej zasady wraz z samą zasadą.
Prostym przykładem kwasowego roztworu buforującego jest wodny roztwór kwasu octowego i octanu sodu. Kwas octowy jest słabym kwasem, więc większość z niego nie będzie zjonizowana. Po dodaniu kwasu dodatkowe jony hydroniowe będą reagować z jonami octanowymi z octanu sodu, tworząc więcej kwasu octowego, który pozostanie w większości niezjonizowany, a zatem nie będzie miał dużego wpływu na pH. Po dodaniu zasady, dodatkowe jony wodorotlenku (OH - ) będą reagować z kwasem octowym z wytworzeniem jonów octanowych i wody, a także z mniejszą ilością jonów hydroniowych z wytworzeniem większej ilości wody, ponownie z niewielkim wpływem na pH.
Organizmy żywe wykorzystują środki buforujące w wielu rolach. Na przykład pH krwi należy utrzymywać w pobliżu 7,4 - nieco po alkalicznej stronie neutralnej. Biorąc pod uwagę, że wiele różnych substancji chemicznych o różnej kwasowości i zasadowości może dostać się do krwioobiegu z pożywienia, które jest spożywane, konieczne jest zastosowanie środka buforującego, aby zapewnić utrzymanie tej wartości. Uzyskuje się to przez połączenie jonów kwasu węglowego (H 2 CO 3 ) i wodorowęglanu (HCO 3 - ).
Środki buforujące są szeroko stosowane w przemyśle i w wielu popularnych produktach. Są stosowane w detergentach, produktach spożywczych i w warzeniu, aby zapewnić, że pH utrzymuje się w zakresie wymaganym przez drożdże odpowiedzialne za fermentację. Szampon działa najlepiej, gdy jest lekko kwaśny i ogólnie zawiera środek buforujący, aby zapobiec utracie kwasowości podczas używania. Bufory są również szeroko stosowane w biologii i biochemii. Bufory Gooda, opracowane w latach 60-tych przez NE Good, to grupa środków buforujących starannie zaprojektowanych, aby nie zakłócały reakcji biologicznych.