Bufferdefinitie in chemie en biologie

EEN buffer is een oplossing die een zwak zuur en zijn zout of een zwakke base en zijn zout bevat, dat bestand is tegen pH-veranderingen. Met andere woorden, een buffer is een waterige oplossing van ofwel een zwak zuur en zijn geconjugeerde base of een zwakke base en zijn geconjugeerde zuur. Een buffer kan ook een pH-buffer, waterstofionenbuffer of bufferoplossing worden genoemd.

Buffers worden gebruikt om een ​​stabiele pH in een oplossing te handhaven, omdat ze kleine hoeveelheden extra zuur van base kunnen neutraliseren. Voor een gegeven bufferoplossing is er een werkend pH-bereik en een vaste hoeveelheid zuur of base die kan worden geneutraliseerd voordat de pH zal veranderen. De hoeveelheid zuur of base die aan een buffer kan worden toegevoegd voordat de pH wordt gewijzigd, wordt de buffercapaciteit genoemd. 

De Henderson-Hasselbalch-vergelijking kan worden gebruikt om de geschatte pH van een buffer te meten. Om de vergelijking te gebruiken, wordt de initiële concentratie of stoichiometrische concentratie ingevoerd in plaats van de evenwichtsconcentratie.

De algemene vorm van een buffer chemische reactie is:

HA ⇌ H⁺ + EEN^-

Voorbeelden van buffers

• bloed - bevat een bicarbonaatbuffersysteem
• TRIS-buffer
• fosfaatbuffer

Zoals gezegd, zijn buffers bruikbaar over specifieke pH-bereiken. Hier is bijvoorbeeld het pH-bereik van veelgebruikte buffermiddelen:

Buffer	pKa	pH bereik
citroenzuur	3.13., 4.76, 6.40	2.1 tot 7.4
azijnzuur	4.8	3.8 tot 5.8
KH2PO4	7.2	6.2 tot 8.2
boraat	9.24	8,25 tot 10,25
CHES	9.3	8.3 tot 10.3

Wanneer een bufferoplossing wordt bereid, wordt de pH van de oplossing aangepast om deze binnen het juiste effectieve bereik te krijgen. Typisch wordt een sterk zuur, zoals zoutzuur (HCl) toegevoegd om de pH van zure buffers te verlagen. Een sterke base, zoals natriumhydroxide-oplossing (NaOH), wordt toegevoegd om de pH van alkalische buffers te verhogen.

Hoe buffers werken

Om te begrijpen hoe een buffer werkt, overweeg het voorbeeld van een bufferoplossing gemaakt door natriumacetaat op te lossen in azijnzuur. Azijnzuur is (zoals u aan de naam kunt zien) een zuur: CH₃COOH, terwijl het natriumacetaat in oplossing dissocieert om de geconjugeerde base op te leveren, acetaationen van CH₃COO^-. De vergelijking voor de reactie is:

CH₃COOH (aq) + OH^-(aq) ⇆ CH₃COO^-(aq) + H₂O (aq)

Als een sterk zuur aan deze oplossing wordt toegevoegd, neutraliseert het acetaation het:

CH₃COO^-(aq) + H⁺(aq) ⇆ CH₃COOH (aq)

Dit verschuift het evenwicht van de initiële bufferreactie, waardoor de pH stabiel blijft. Een sterke base daarentegen zou reageren met het azijnzuur.

Universal Buffers

De meeste buffers werken over een relatief smal pH-bereik. Een uitzondering is citroenzuur omdat het drie pKa-waarden heeft. Wanneer een verbinding meerdere pKa-waarden heeft, komt een groter pH-bereik beschikbaar voor een buffer. Het is ook mogelijk om buffers te combineren, op voorwaarde dat hun pKa-waarden dichtbij zijn (met 2 of minder verschillen) en de pH aanpassen met een sterke base of zuur om het vereiste bereik te bereiken. De buffer van McIvaine wordt bijvoorbeeld bereid door mengsels van Na te combineren₂PO₄ en citroenzuur. Afhankelijk van de verhouding tussen de verbindingen kan de buffer effectief zijn van pH 3,0 tot 8,0. Een mengsel van citroenzuur, boorzuur, monokaliumfosfaat en diethylbarbietzuur kan het pH-bereik van 2,6 tot 12 dekken.!