緩衝液の有効性

pH変化に抵抗する緩衝液の有効性は、弱酸とその共役塩基、または弱塩基とその共役酸の濃度比、およびそれらの絶対濃度によって異なります。

緩衝液範囲は、酸または塩基の添加によるpHの大幅な上昇または低下を阻害するpH範囲です。範囲は、pK_aより1単位高いか低いです。

したがって、効果的なバッファーであるためには、弱酸と塩基、または弱塩基と酸の比率は10〜1〜10である必要があります。

ヘンダーソン・ハッセルバルヒ方程式は、これらの値をサポートするために解くことができます。酸の濃度が塩基の10倍の場合、pHはpK_aより1単位低くなります。対照的に、塩基の濃度が酸の10倍の場合、pHはpK_aより1単位高くなります。

バッファーは、弱酸と共役塩基の濃度が等しく、pHがpK_aに等しい場合に、そのバッファー範囲の中央で最も効果的です。弱酸と塩基の量の差が大きくなると、バッファーの効果が低下します。

したがって、酢酸と酢酸をそれぞれ1モルずつ含む緩衝液Aは、0.1モル酢酸と1モル酢酸を含む緩衝液Bよりも効果が高くなります。

弱酸と塩基の絶対濃度も、バッファーの有効性を決定します。弱酸と弱塩基の濃度が高いほど、より強酸または塩基を中和できます。

したがって、ギ酸とギ酸をそれぞれ1モルずつ持つ緩衝液は、それぞれ0.1モルの緩衝液よりも効果的です。

バッファー容量は、pHが大幅に変化する前にバッファーが中和できる強酸または強塩基の量です。したがって、緩衝容量は、弱酸とその共役塩基の濃度が高い場合と、弱酸と塩基の比率が1に近づく場合の両方で増加します。