Buffer (scheikunde)

Sterk · Zwak · Lewiszuur · Anorganisch zuur · Organisch zuur · Superzuur · Oxozuur · Halogeenzuurstofzuur

Sterk · Zwak · Lewisbase · Organische base

Een buffer of een zuurteregelaar is in de chemie een waterige oplossing van twee stoffen die zich in een bepaald evenwicht bevinden en een bepaalde pH (= zuurtegraad) aannemen. Bij verdunning, toevoegen van een zuur of een base zal deze pH nagenoeg constant blijven. De verstoring van het evenwicht en de zuurtegraad wordt dus 'gebufferd'.

Bufferoplossingen bestaan steeds uit een zuur/basekoppel; ofwel een zuur en het zout van zijn geconjugeerde base, ofwel een base en het zout van zijn geconjugeerd zuur. Beide zijn steeds zwakke zuren of basen, ze zullen dus onvolledig reageren. De reactievergelijking tussen het zuur en de base kan worden gegeven als:

In welke mate deze reactie verloopt, wordt gegeven door de Kz-waarde of zuurconstante:

De optredende reacties van respectievelijk het zuur en de base in water zijn:

Er bestaat ook een continu evenwicht tussen het aantal hydroxide- en hydroxoniumionen in het water:

De pH van een buffermengsel kan berekend worden met behulp van de vergelijking van Henderson-Hasselbalch:

deze vergelijking wordt ook wel op de volgende wijze geschreven:

Om met behulp van bovenstaande formules de pH van een buffer te berekenen worden de volgende aannames gedaan:

De werking van een bufferoplossing steunt op het principe van Le Chatelier-Van 't Hoff, namelijk een verstoring van de evenwichtsreactie zal steeds worden tegengewerkt, door een tijdelijke verschuiving in de reactie. Toegevoegde zuren (H3O+) of basen (OH) zullen dus worden geneutraliseerd.

De formule die bij pH genoemd wordt, kan ook gebruikt worden. Aangenomen dat alle toegevoegde zuur,[2] stel x, reageert met het aanwezige A dan zal de hoeveelheid daarvan dus afnemen met x, maar de hoeveelheid HA zal toenemen:

Zolang x niet meer dan ongeveer 4% van [A] en [HA] bedraagt zal de uitkomst van deze som niet veel veranderen. Het belang van de Buffercapaciteit wordt hiermee wel onderstreept: bij een te lage buffercapaciteit zal wel verandering van de pH optreden onder invloed van een zuur of base.

We nemen het bufferpaar

Het natriumacetaat(zout) dissocieert volledig in water

Wordt een zuur toegevoegd, dan zal het proton reageren met de geconjugeerde base in de buffer:

Het omgekeerde gebeurt als een base wordt toegevoegd, de OH reageert met het zwakke zuur:

Er bestaan ook stoffen die verschillende protonen kunnen opnemen of afgeven; ze worden meerwaardige buffers genoemd:

Afhankelijk van de zuurgraad, zal een ander bufferpaar de bufferende werking uitoefenen.

De buffercapaciteit wordt gedefinieerd als de hoeveelheid sterk zuur of sterke base die aan 1 liter buffer moet worden toegevoegd om de pH van het buffermengsel één eenheid te veranderen. De buffercapaciteit zegt dus iets over hoe 'goed' een buffer werkt. Hoe groter de buffercapaciteit, des te beter de buffer de pH-waarde stabiel kan houden bij toevoeging van zuur of base.

Bufferoplossingen zorgen voor een constante pH in fysiologische, biochemische processen: veel enzymen werken slechts bij één bepaalde pH. Zo zorgt de buffer van koolzuur en een carbonaatzout in het bloed voor een pH tussen 7,35 en 7,45.

Buffers van het bloed:

In de analytische chemie worden buffers onder andere gebruikt voor: