Chemia wprowadzająca-i edycja Kanadyjska

jak wskazano w punkcie 12.4 „silne i słabe kwasy oraz zasady i ich sole”, słabe kwasy są stosunkowo powszechne, nawet w żywności, którą spożywamy. Ale czasami napotykamy silny kwas lub zasadę, na przykład kwas żołądkowy, który ma silnie kwaśne pH 1,7. Z definicji silne kwasy i zasady mogą wytwarzać stosunkowo dużą ilość jonów H+ lub OH-i w związku z tym mają znaczną aktywność chemiczną. Ponadto bardzo małe ilości silnych kwasów i zasad mogą bardzo szybko zmienić pH roztworu. Jeśli do krwiobiegu Dodano 1 mL kwasu żołądkowego i nie było mechanizmu korygującego, pH krwi zmniejszyłoby się z około 7,4 do około 4,7—pH, które nie sprzyja dalszemu życiu. Na szczęście organizm ma mechanizm minimalizacji takich dramatycznych zmian pH.

mechanizm polega na buforze, roztworze, który jest odporny na dramatyczne zmiany pH. bufory robią to, składając się z pewnych par substancji rozpuszczonych: albo słabego kwasu plus sól otrzymaną z tego słabego kwasu, albo słabej zasady plus sól tej słabej zasady. Na przykład bufor może składać się z rozpuszczonego HC2H3O2 (słaby kwas) i NaC2H3O2 (sól otrzymana z tego słabego kwasu). Innym przykładem buforu jest roztwór zawierający NH3 (słabą zasadę) i NH4Cl (sól otrzymaną z tej słabej zasady).

użyjmy bufora HC2H3O2/NaC2H3O2 aby zademonstrować jak działają bufory. Jeśli do roztworu buforowego zostanie dodana mocna zasada—źródło jonów OH−(aq)—te jony OH− będą reagować z HC2H3O2 w reakcji kwasowo-zasadowej:

HC2H3O2(AQ) + OH−(AQ) → H2O(ℓ) + C2H3O2−(AQ)

zamiast radykalnie zmieniać pH, czyniąc roztwór zasadowym, dodane jony OH− reagują, tworząc H2O, więc pH nie zmienia się zbytnio.

Jeśli do roztworu buforowego zostanie dodany silny kwas—źródło jonów H+, jony H+ będą reagować z anionem z soli. Ponieważ HC2H3O2 jest słabym kwasem, nie jest zbyt zjonizowany. Oznacza to, że jeśli wiele jonów H+ i jonów C2H3O2− są obecne w tym samym roztworze, połączą się one w celu wytworzenia HC2H3O2:

h+(aq) + C2H3O2−(AQ) → HC2H3O2(AQ)

zamiast radykalnie zmieniać pH i sprawić, że roztwór będzie kwaśny, dodane jony H+ reagują, tworząc cząsteczki słabego kwasu. Rysunek 12.2 „działania buforów” ilustruje oba działania bufora.

podobnie działają bufory wykonane ze słabych zasad i soli słabych zasad. Na przykład, w buforze zawierającym NH3 i NH4Cl, cząsteczki NH3 mogą reagować z dowolnym nadmiarem jonów H+ wprowadzanych przez silne kwasy:

NH3(aq) + H+(AQ) → NH4+(AQ)

, podczas gdy jon NH4+(AQ) może reagować z dowolnymi jonami OH− wprowadzonymi przez silne zasady:

NH4+(AQ) + OH−(AQ) → NH3(AQ) + H2O(ℓ)

bufory działają dobrze tylko w przypadku ograniczonych ilości dodanego mocnego kwasu lub zasady. Po całkowitej reakcji roztworu roztwór nie jest już buforem i mogą wystąpić gwałtowne zmiany pH. Mówimy, że bufor ma pewną pojemność. Bufory, które mają więcej rozpuszczonych w nich, aby rozpocząć, mają większe pojemności, jak można się spodziewać.

ludzka krew ma system buforujący, aby zminimalizować skrajne zmiany pH. jeden bufor we krwi opiera się na obecności HCO3− i H2CO3 . Przy obecności tego bufora, nawet jeśli jakiś kwas żołądkowy miałby znaleźć drogę bezpośrednio do krwiobiegu, zmiana pH krwi byłaby minimalna. W wielu komórkach organizmu znajduje się system buforujący oparty na jonach fosforanów.