Back to chapter

16.5:

Effectiviteit van Buffers

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Buffer Effectiveness

Languages

Share

De effectiviteit van een buffer om pH-verandering te weerstaan, hangt af van de concentratieverhouding van het zwakke zuur en zijn geconjugeerde base, of zwakke base en zijn geconjugeerde zuur, evenals hun absolute concentraties. Het bufferbereik is het pH-bereik dat een significante verhoging of verlaging van de pH remt na toevoeging van een zuur of base. Het bereik is een eenheid hoger of lager dan de pKa.Om een effectieve buffer te zijn, moet de verhouding van zwak zuur tot base of zwakke base tot zuur tussen 10 en 1 en 1 en 10 liggen. De Henderson-Hasselbalch-vergelijking kan worden opgelost om deze waarden te ondersteunen. Als de zuurconcentratie tien keer die van de base is, is de pH 1 eenheid lager dan de pKa.Als daarentegen de baseconcentratie tien keer die van het zuur is, zal de pH 1 eenheid meer zijn dan de pKa. Een buffer is het meest effectief in het midden van zijn bufferbereik wanneer de concentratie van het zwakke zuur en de geconjugeerde base gelijk zijn en de pH gelijk is aan de pKa. Naarmate het verschil tussen de hoeveelheden van het zwakke zuur en de base toeneemt, wordt de buffer minder effectief.Daarom zal buffer A, die elk 1 mol azijnzuur en acetaat bevat, effectiever zijn dan buffer B, die 0, 1 molair azijnzuur en 1 molair acetaat bevat. De absolute concentratie van een zwak zuur en de base bepaalt ook de effectiviteit van de buffer. Hoe groter de concentratie van het zwakke zuur en de base, hoe sterker het zuur of de base het kan neutraliseren.Daarom is een buffer met elk 1 mol mierenzuur en formiaat effectiever dan een buffer met elk 0, 1 mol. Buffercapaciteit is de hoeveelheid van een sterk zuur of sterke base die een buffer kan neutraliseren voordat de pH aanzienlijk verandert. Daarom neemt de buffercapaciteit toe zowel met hogere concentraties van een zwak zuur en zijn geconjugeerde base als wanneer de verhouding van een zwak zuur tot de base één benadert.

16.5:

Effectiviteit van Buffers

Buffer solutions do not have an unlimited capacity to keep the pH relatively constant . Instead, the ability of a buffer solution to resist changes in pH relies on the presence of appreciable amounts of its conjugate weak acid-base pair. When enough strong acid or base is added to substantially lower the concentration of either member of the buffer pair, the buffering action within the solution is compromised.

The buffer capacity is the amount of acid or base that can be added to a given volume of a buffer solution before the pH changes significantly, usually by one unit. Buffer capacity depends on the amounts of the weak acid and its conjugate base that are in a buffer mixture. For example, 1 L of a solution that is 1.0 M in acetic acid and 1.0 M in sodium acetate has a greater buffer capacity than 1 L of a solution that is 0.10 M in acetic acid and 0.10 M in sodium acetate even though both solutions have the same pH. The first solution has more buffer capacity because it contains more acetic acid and acetate ion.

Selection of Suitable Buffer Mixtures

There are two useful rules of thumb for selecting buffer mixtures:

  1. A good buffer mixture should have about equal concentrations of both of its components. A buffer solution has generally lost its usefulness when one component of the buffer pair is less than about 10% of the other.
  2. Weak acids and their salts are better as buffers for pHs less than 7; weak bases and their salts are better as buffers for pHs greater than 7.

Blood is an important example of a buffered solution, with the principal acid and ion responsible for the buffering action being carbonic acid, H2CO3, and the bicarbonate ion, HCO3. When a hydronium ion is introduced to the bloodstream, it is removed primarily by the reaction:

Eq1

An added hydroxide ion is removed by the reaction:

Eq1

The added strong acid or base is thus effectively converted to the much weaker acid or base of the buffer pair (H3O+ is converted to H2CO3 and OH is converted to HCO3). The pH of human blood thus remains very near the value determined by the buffer pairs pKa, in this case, 7.35. Normal variations in blood pH are usually less than 0.1, and pH changes of 0.4 or greater are likely to be fatal.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 14.6: Buffers.