Vad är en buffertagent?

I syrabasskemi är ett buffertmedel ett ämne som kan användas för att bibehålla en lösning vid ett konstant pH, eller surhetsgrad-alkalitet. Syror i vattenlösning tillhandahåller hydronium (H3O ⁺ ) joner, medan alkalier ger hydroxid (OH ^- ) joner. Lösningens pH är ett mått på de relativa koncentrationerna av dessa joner. En lösning som innehåller ett buffertmedel kan upp till en punkt absorbera de ytterligare hydronium- eller hydroxidjonerna som införs när en syra eller bas tillsätts utan någon förändring av H3O ⁺ / OH-förhållandet, och därmed ingen förändring i pH . Naturligt förekommande buffertar finns i biologiska system och buffertmedel har många användningsområden inom kemi och industri.

När en syra upplöses i vatten kommer den - i mer eller mindre utsträckning - att joniseras till H + -joner och negativt laddade anjoner. H ⁺ -jonerna kombineras med vatten för att bilda hydroniumjoner (H3O ⁺ ) och den negativa anjonen kallas konjugatbasen. Vattenhaltig saltsyra bildar till exempel hydroniumjoner och konjugatbasen är kloridjonen: HCl + H20 → H3O ⁺ + Cl ^- . Konjugatbasen kan reagera med hydroniumjoner för att återbilda syran, men i detta fall är kloridjonen en svag bas, så saltsyra i vatten består nästan helt av hydroxoniumjoner och kloridjoner, vilket gör den till en stark syra. I en svag syra är emellertid den omvända reaktionen betydande eftersom konjugatbasen är starkare och koncentrationen av hydroniumjoner är därmed lägre.

En blandning som innehåller ett salt av en svag syra tillsammans med syran från vilken den härrör kan ofta användas som ett surt buffertmedel; saltet säkerställer en riklig tillförsel av syrans konjugatbas. Starka syror och deras salter är inte användbara som buffrande medel, eftersom ett surt buffertmedel behöver stora mängder syra för att vara närvarande i icke-joniserad form och eftersom pH i alla fall vanligtvis måste hållas på en nästan neutral eller endast måttligt surt eller alkaliskt värde. På liknande sätt involverar ett alkaliskt buffertmedel vanligtvis ett salt av en svag alkali tillsammans med själva alkalin.

Ett enkelt exempel på en sur buffertlösning är en vattenlösning av ättiksyra och natriumacetat. Ättiksyra är en svag syra, så det mesta kommer inte att joniseras. Vid tillsats av en syra kommer de ytterligare hydroniumjonerna att reagera med acetatjonerna från natriumacetatet och bilda mer ättiksyra, som förblir mestadels icke-joniserad och så kommer inte att ha stor effekt på pH. När en alkali tillsätts kommer de ytterligare hydroxidjonerna (OH ^- ) joner att reagera med ättiksyra för att bilda acetatjoner och vatten, och med den mindre mängden hydroniumjoner för att bilda mer vatten, igen med liten effekt på pH.

Levande organismer använder buffertmedel i ett antal roller. Till exempel måste blodets pH hållas nära 7,4 - något på den alkaliska sidan av neutral. Med tanke på att en mängd olika kemikalier med varierande surhet och alkalinitet kan komma in i blodomloppet från mat som intas, är ett buffertmedel nödvändigt för att säkerställa att detta värde upprätthålls. Detta uppnås genom en kombination av kolsyra- (H2CO3) och vätekarbonat- (HCO3-) joner.

Buffringsmedel används ofta inom industrin och i många vanliga produkter. De används i tvättmedel, i livsmedel och i bryggning för att säkerställa att pH förblir inom det område som krävs av jästarna som är ansvariga för jäsningen. Schampo fungerar bäst när det är svagt surt och kommer i allmänhet att innehålla ett buffertmedel för att förhindra surhetsförlust under användning. Buffertar används också mycket inom biologi och biokemi. Good's buffertar, utvecklad på 1960-talet av NE Good, är en grupp buffrande medel som noggrant är utformade för att inte störa biologiska reaktioner.