Roztwory buforowe – JR

Roztwory buforowe

Bufory

Mieszaniny buforowe to mieszaniny posiadające pewną ważną cechę – kiedy dodajemy do nich kwasu lub zasady, praktycznie nie zmieniają one swojego pH.

Normalnie dodatek nawet niewielkiej ilości kwasu zmniejsza pH dość znacząco. W przypadku buforu pH zmieni się o kilka setnych lub dziesiątych.

O tym, ile kwasu lub zasady można dodać, aby pH nie uległo znacznej zmianie decyduje tzw. pojemność buforowa β

Bufory są bardzo ważnymi roztworami – m.in nasza krew jest takim roztworem buforowym. Zapewnia to stały poziom pH, dzięki czemu mogą w niej zachodzić niezbędne dla życia reakcje i prawidłowo działają enzymy.

Z chemicznego punktu widzenia roztwór buforowy to mieszanina słabego kwasu  (zasady) z jego solą z mocną zasadą (mocnym kwasem).

Np. bufor octanowy: CH3COOH + CH3COONa (słaby kwas oraz sól tego kwasu i mocnej zasady).

Przykład działania buforu:

W roztworze buforu octanowego znajdują się następujące jony i drobiny:

CH3COOH (słaby kwas, więc praktycznie nie dysocjuje), CH3COO, oraz Na+.(pochodzące z soli) oraz H+ i OH znajdujące się w każdym wodnym roztworze.

Jeśli do buforu octanowego dodamy kwasu, to z wprowadzonymi jonami H+ może przereagować „coś zasadowego“. Zasadową drobiną jest CH3COO – może ona połączyć się z protonem dając cząsteczkę kwasu octowego:

CH3COO  + H+ → CH3COOH

Jeśli do roztworu buforu octanowego dodamy zasady, to z wprowadzonymi jonami mogą przereagować „coś kwasowego“. Kwasową drobiną jest CH3COOH – może ona przereagować z jonem OH dając jon octanowy i wodę:

CH3COOH + OH → CH3COO + H2O

Jak widać, cokolwiek nie wrzucisz do roztworu: OH czy H+– ulega reakcji. pH dzięki temu pozostaje takie samo – nie przybywa ani nie ubywa jonów odpowiedzialnych za pH.

Znane bufory i ich zastosowanie

Wiele płynów ustrojowych człowieka jest buforem. Utrzymanie stalego pH gwarantuje aktywność niezbędnych enzymów oraz może działać ochronnie przeciw drobnoustrojom (np. kwaśne środowisko pochwy kobiety). U zdrowego człowieka pH płynów jest dość dokładnie określone i jego odchylenia mogą informować o zaburzeniach lub chorobach.

  • krew

Pierwszym , który warto wymienić, to nasza krew. pH krwi człowieka utrzymuje się na poziomie pomiędzy 7,35 i 7,45 jednostki. Jeśli pH wzrośnie powyżej tej wartości, mamy do czynienia z alkalozą (czyli zasadowicą). Gdy natomiast spadnie poniżej 7.35, określa się to mianem kwasicy. Oba stany są niebezpieczne dla życia człowieka.

Stabilność pH krwi gwarantuje obecność kwasu węglowego (głównie w postaci rozpuszczonego CO2) i jonów HCO3

Zatem bufor ten jest buforem kwasowym: zawera słaby kwas, oraz jego sól.

Ciało człowieka potrafi regulowć kwasowość krwi m.in dzięki szybkości oddechu. Ok. 4% wydychanego powietrza stanowi właśnie tlenek węgla (IV). Szybszy oddech usuwa nadmiar Co2, zaś spowolnienie oddechu zapobiega jego zbyt intesywnemu wydzielaniu poza organizm.

Stężenie jonów wodorowęglanowych jest kontrolowane poprzez wydalanie moczu.

  • ślina                                                                                    pH ok 7
  • bufor amonowy   NH3+NH4Cl                               pH = 8 ÷ 11
  • bufor octanowy     CH3COOH+CH3COONa       pH = 3,5 ÷ 6
  • bufor fosforanowy  K2HPO4 + KH2PO4            pH = 5,5 ÷ 8

Bufory znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie należy utrzymać stałe pH, czyli w medycynie (podawane są dożylnie pacjentom w stanie krytycznym), przy hodowlach mikroorganizmów (stałe pH podłoża dla hodowli), przy pracy z enzymami i białkami oraz do stabilizowania środowiska zachodzących reakcji chemicznych. Używa się ich także do kalibrowania pH-metrów (czyli nadawania im odpowiedniej skali) oraz w galwanotechnice.