緩衝液

溶液に少量の酸または塩基を追加すると、pHが大幅に低下または上昇する可能性があります。しかし、多くの化学的および生化学的プロセスが機能するためには、安定したpHが必要です。バッファーは、バッファー容量を超えない場合、溶液のpHの急激な変化を防ぐことができます。

バッファーには、弱酸とその共役塩基、または弱塩基とその共役酸が含まれています。例えば、ヒトの血液は、弱酸である炭酸と、その共役塩基である重炭酸イオンからなる緩衝液を用いて、pHを7.4付近に維持します。

共役酸-塩基対は、共役酸または塩基を中和しないため、緩衝液を形成します。例えば、酢酸と酢酸は反応できません。しかし、弱酸である酢酸と弱塩基であるアンモニアが足し合わされると、反応して塩である酢酸アンモニウムが形成されます。

緩衝液では、弱酸は生成された水酸化物イオンと反応して添加塩基を中和しますが、その共役塩基は、任意のヒドロニウムイオンと反応して添加された酸を中和します。同様のメカニズムは、弱塩基とその共役酸の場合にも機能します。

2つのビーカー、XとYは、同じ量の異なる溶液を含み、それぞれpHは7.2です。ビーカーXの溶液は緩衝されていません。対照的に、ビーカーYの溶液には酢酸-酢酸緩衝液が含まれています。

ビーカーXに塩酸を添加すると、ハイドロニウムイオンの濃度が上がるため、溶液のpHが急激に下がります。

対照的に、ビーカーYの溶液は、緩衝成分の1つである酢酸が塩酸と反応して塩化物イオンと酢酸を生成するため、塩酸を添加するとほぼ一定のpHを示します。

同様に、ビーカーXに水酸化ナトリウムを添加すると、水酸化物イオンの濃度が上昇するため、溶液のpHが急激に上昇します。

一方、ビーカーYの溶液は、緩衝成分の1つである酢酸が水酸化ナトリウムと反応して酢酸ナトリウムと水分子を生成するため、水酸化ナトリウムを添加するとpHの変化が最小限に抑えられます。

この緩衝液は、溶液中の共役酸-塩基対の濃度が添加された強酸または強塩基よりも高い限り、溶液のpHの急激な変化を防ぐことができます。