Kas ir bufera aģents?

Skābju-bāzes ķīmijā buferviela ir viela, ko var izmantot, lai uzturētu šķīdumu nemainīgā pH vai skābuma-sārmainības līmenī. Skābes ūdens šķīdumā nodrošina hidronija (H3O+) jonus, savukārt sārmi nodrošina hidroksīda (OH-) jonus. Šķīduma pH ir šo jonu relatīvās koncentrācijas mērs. Šķīdums, kas satur bufervielu, var absorbēt papildu hidronija vai hidroksīda jonus, kas tiek ievadīti, pievienojot skābi vai bāzi, nemainot H3O+/OH- attiecību un tādējādi nemainot pH. Dabiski sastopami buferi ir sastopami bioloģiskajās sistēmās, un buferaģentus var daudz izmantot ķīmijā un rūpniecībā.

Kad skābe tiek izšķīdināta ūdenī, tā lielākā vai mazākā mērā jonizēsies H+ jonos un negatīvi lādētos anjonos. H+ joni savienojas ar ūdeni, veidojot hidronija jonus (H3O+), un negatīvais anjons ir pazīstams kā konjugāta bāze. Piemēram, sālsskābe ūdenī veido hidronija jonus, un konjugētā bāze ir hlorīda jons: HCl + H2O → H3O+ + Cl-. Konjugētā bāze var reaģēt ar hidronija joniem, veidojot skābi, taču šajā gadījumā hlorīda jons ir vāja bāze, tāpēc sālsskābe ūdenī gandrīz pilnībā sastāv no hidroksonija joniem un hlorīda joniem, padarot to par spēcīgu skābi. Tomēr vājā skābē apgrieztā reakcija ir nozīmīga, jo konjugāta bāze ir spēcīgāka un tādējādi hidronija jonu koncentrācija ir zemāka.

Maisījumu, kas satur vājas skābes sāli kopā ar skābi, no kuras tas iegūts, bieži var izmantot kā skābu bufervielu; sāls nodrošina bagātīgu skābes konjugētās bāzes piegādi. Spēcīgas skābes un to sāļi nav izmantojami kā bufervielas, jo skābai bufervielai ir nepieciešams liels daudzums skābes, lai tā būtu nejonizētā formā, un tāpēc, ka pH jebkurā gadījumā parasti ir jāuztur gandrīz neitrāla vai tikai mēreni skāba vai sārmaina vērtība. Līdzīgi sārmainā buferviela parasti ietver vāja sārma sāli kopā ar pašu sārmu.

Vienkāršs skābā buferšķīduma piemērs ir etiķskābes un nātrija acetāta ūdens šķīdums. Etiķskābe ir vāja skābe, tāpēc lielākā daļa no tās netiks jonizēta. Pievienojot skābi, papildu hidronija joni reaģēs ar acetāta joniem no nātrija acetāta, veidojot vairāk etiķskābes, kas pārsvarā paliks nejonizēta un tādējādi neietekmēs pH. Pievienojot sārmu, papildu hidroksīda (OH-) joni reaģēs ar etiķskābi, veidojot acetāta jonus un ūdeni, un ar mazāku daudzumu hidronija jonu, veidojot vairāk ūdens, atkal maz ietekmējot pH.

Dzīvi organismi izmanto bufervielas vairākās lomās. Piemēram, asins pH ir jāsaglabā tuvu 7.4 – nedaudz uz neitrālas sārmainas puses. Ņemot vērā to, ka ar uzņemto pārtiku asinsritē var iekļūt dažādas ķīmiskas vielas ar atšķirīgu skābumu un sārmainību, ir nepieciešams buferviela, lai nodrošinātu šīs vērtības saglabāšanu. To panāk ogļskābes (H2CO3) un ūdeņraža karbonāta (HCO3-) jonu kombinācija.

Bufervielas tiek plaši izmantotas rūpniecībā un daudzos izplatītos produktos. Tos izmanto mazgāšanas līdzekļos, pārtikā un alus darīšanā, lai nodrošinātu, ka pH saglabājas diapazonā, kas nepieciešams raugiem, kas ir atbildīgi par fermentāciju. Šampūns vislabāk darbojas, ja tas ir nedaudz skābs, un tas parasti satur bufervielu, lai novērstu skābuma zudumu lietošanas laikā. Buferi tiek plaši izmantoti arī bioloģijā un bioķīmijā. Good buferi, ko 1960. gados izstrādāja NE Good, ir bufervielu grupa, kas rūpīgi izstrādāta, lai netraucētu bioloģiskās reakcijas.