Roztwory buforowe

11 października 2016

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.