3.12: バッファ:概要

バッファーは、少量の酸または塩基の添加の影響を軽減することにより、溶液のpHを安定させる上で重要な役割を果たします。それらは、弱酸とその共役塩基、または弱塩基とその共役酸からなる。酢酸と酢酸ナトリウムの溶液は、弱酸とその塩からなる緩衝液の一例です:CH₃COOH(aq)+ CH₃COONa(aq)。弱塩基とその塩からなる緩衝液の例は、アンモニアと塩化アンモニウムの溶液である:NH₃(aq)+ NH₄Cl(aq)。

この組み合わせにより、バッファーの容量を超えない限り、大幅なpH変化を防ぐことができます。例えば、ヒトの血液は、炭酸-重炭酸緩衝系を使用してpHを7.4付近に維持します。バッファーでは、弱酸成分が水酸化物イオンと反応して添加塩基を中和し、共役塩基が水酸化イオンと反応して添加酸を中和します。

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、共役酸を中和しないか、酢酸と酢酸が反応しないなどの塩基を中和しないため、バッファーを形成します。ただし、弱酸である酢酸と弱塩基であるアンモニアを一緒に添加すると、反応して酢酸アンモニウム塩-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。

• Buffer - A solution that stabilizes pH by neutralizing added acids or bases.
• Conjugate Base - The compound remaining after donation of a proton.
• Weak Acid - Partially ionizing acid in a solution.
• Chemical Titration - A method to determine the concentration of an unknown solution.
• Buffer System - Consists of a weak acid/base and its salt to prevent pH changes.

• Define Buffer – Explain what it is (e.g., A solution that stabilizes pH).
• Contrast Weak acid vs Conjugate base – Explain key differences (e.g., Weak acid donates protons, conjugate base accepts).
• Explore Examples – Describe scenario (e.g., Human blood uses a carbonic acid-bicarbonate buffer system).
• Explain Buffer System – The combination of a weak acid/base and its salt in maintaining pH.
• Apply Buffer in Context – Use of buffers in lab procedures like titration and biochemical processes.

• What is a buffer and how does it stabilize pH?
• What distinguishes a weak acid from a conjugate base?
• How do buffers function in the human body, such as in blood pH regulation?

• Students – Understand How the concept of buffer supports their knowledge in chemistry and biochemistry
• Educators – Provides a clear framework to teach the concept of buffers and their functioning.
• Researchers – Integral in various research methodologies, especially in pH sensitive experiments.
• Science Enthusiasts – Offers insights into the importance of buffers in maintaining homeostasis and their applications in science.