Buffers

Het toevoegen van een kleine hoeveelheid zuur of base aan een oplossing kan een aanzienlijke verlaging of verhoging van de pH veroorzaken. Veel chemische en biochemische processen hebben echter een stabiele pH nodig om te functioneren. Buffers kunnen een drastische verandering in de pH van een oplossing voorkomen wanneer hun buffercapaciteit niet wordt overschreden.

Buffers bevatten een zwak zuur en zijn geconjugeerde base of een zwakke base en zijn geconjugeerde zuur. Bijvoorbeeld, menselijk bloed handhaaft zijn pH nabij 7, 4 met een buffer die bestaat uit koolzuur, een zwak zuur en bicarbonaationen, de geconjugeerde base. Geconjugeerde zuur-basenparen vormen buffers omdat ze hun geconjugeerde zuur of base niet neutraliseren.

Azijnzuur en acetaat kunnen bijvoorbeeld niet reageren. Als azijnzuur, een zwak zuur en ammoniak, een zwakke base, echter samen worden toegevoegd, zullen ze reageren en een zout vormen:ammoniumacetaat. In een buffer neutraliseert het zwakke zuur eventuele toegevoegde base door te reageren met de geproduceerde hydroxide-ionen, terwijl de geconjugeerde base elk toegevoegd zuur neutraliseert door te reageren met eventuele hydronium-ionen.

Een soortgelijk mechanisme werkt in het geval van een zwakke base en zijn geconjugeerde zuur. Twee bekerglazen, X en Y, bevatten hetzelfde volume van verschillende oplossingen, elk met een pH van 7, 2. De oplossing in bekerglas X is niet gebufferd.

De oplossing in beker Y bevat daarentegen een azijnzuuracetaatbuffer. Als zoutzuur wordt toegevoegd aan beker X, daalt de pH van de oplossing plotseling door de verhoogde concentratie van hydronium-ionen. De oplossing in bekerglas Y laat een bijna constante pH zien wanneer er zoutzuur aan wordt toegevoegd, omdat een van de buffercomponenten, acetaat, reageert met zoutzuur om een chloride-ion en azijnzuur te produceren.

Evenzo, als natriumhydroxide wordt toegevoegd aan bekerglas X, zal de pH van de oplossing plotseling stijgen als gevolg van de verhoogde concentratie van hydroxide-ionen. Aan de andere kant vertoont de oplossing in bekerglas Y een minimale verandering in pH wanneer er natriumhydroxide aan wordt toegevoegd, aangezien een van de buffercomponenten, azijnzuur, reageert met natriumhydroxide en natriumacetaat en een watermolecuul produceert. De buffer kan een drastische verandering in de pH van een oplossing voorkomen zolang de concentratie van het geconjugeerde zuur-basepaar in een oplossing hoger is dan het toegevoegde sterke zuur of de toegevoegde sterke base.