16.5: Skuteczność bufora

Roztwory buforowe nie mają nieograniczonej zdolności do utrzymywania względnie stałego pH. Zamiast tego zdolność roztworu buforowego do opierania się zmianom pH zależy od obecności znacznych ilości jego sprzężonej pary słaba kwas-zasada. Po dodaniu wystarczającej ilości mocnego kwasu lub zasady, aby znacznie obniżyć stężenie któregokolwiek z członków pary, działanie buforujące w roztworze jest osłabione.

Pojemność buforowa to ilość kwasu lub zasady, którą można dodać do danej objętości roztworu buforowego, zanim pH zmieni się znacząco, zwykle o jedną jednostkę. Pojemność buforowa zależy od ilości słabego kwasu i jego sprzężonej zasady, które znajdują się w mieszaninie buforowej. Na przykład 1 l roztworu, który zawiera 1,0 M w kwasie octowym i 1,0 M w octanie sodu, ma większą pojemność buforową niż 1 l roztworu o stężeniu 0,10 M w kwasie octowym i 0,10 M w octanie sodu, mimo że oba roztwory mają takie samo pH. Pierwszy roztwór ma większą pojemność buforową, ponieważ zawiera więcej kwasu octowego i jonu octanowego.

Dobór odpowiednich mieszanin buforowych

Istnieją dwie przydatne zasady wyboru mieszanin buforowych:

1. Dobra mieszanina buforowa powinna mieć mniej więcej równe stężenia obu swoich składników. Roztwór buforowy na ogół traci swoją przydatność, gdy jeden składnik pary jest mniejszy niż około 10% drugiego.
2. Słabe kwasy i ich sole są lepsze jako dla pH poniżej 7; słabe zasady i ich sole są lepsze jako dla pH powyżej 7.

Krew jest ważnym przykładem roztworu buforowego, w którym głównym kwasem i jonem odpowiedzialnym za działanie buforujące jest kwas węglowy,_H2CO3 i jon wodorowęglanowy, HCO₃⁻. Kiedy jon hydroniowy jest wprowadzany do krwiobiegu, jest usuwany głównie w reakcji:

Dodany jon wodorotlenkowy jest usuwany w reakcji:

Dodany mocny kwas lub zasada jest w ten sposób skutecznie przekształcany w znacznie słabszy kwas lub zasadę z pary (_H3O⁺ jest przekształcany w_H2CO3, a OH⁻ jest przekształcany w HCO₃⁻). pH krwi ludzkiej pozostaje zatem bardzo zbliżone do wartości wyznaczonej przez pary pK_a, w tym przypadku 7,35. Normalne zmiany pH krwi są zwykle mniejsze niż 0,1, a zmiany pH o 0,4 lub większe mogą być śmiertelne.

Ten tekst został zaadaptowany z Openstax, Chemia 2e, Sekcja 14.6:.