Vad är ett buffertmedel?

Inom syra-baskemi är ett buffertmedel ett ämne som kan användas för att hålla en lösning vid ett konstant pH, eller nivå av surhetsgrad-alkalinitet. Syror i vattenlösning ger hydroniumjoner (H3O+) medan alkalier ger hydroxidjoner (OH-). Lösningens pH är ett mått på de relativa koncentrationerna av dessa joner. En lösning som innehåller ett buffertmedel kan upp till en viss punkt absorbera de ytterligare hydronium- eller hydroxidjoner som tillsätts när en syra eller bas tillsätts utan någon förändring av H3O+/OH-förhållandet och därmed ingen förändring i pH. Naturligt förekommande buffertar finns i biologiska system och buffertmedel har många användningsområden inom kemi och industri.

När en syra löses i vatten kommer den – i större eller mindre utsträckning – att joniseras till H+-joner och negativt laddade anjoner. H+-jonerna kombineras med vatten för att bilda hydroniumjoner (H3O+) och den negativa anjonen är känd som konjugatbasen. Vattenhaltig saltsyra bildar till exempel hydroniumjoner och konjugatbasen är kloridjonen: HCl + H2O → H3O+ + Cl-. Den konjugata basen kan reagera med hydroniumjoner för att återbilda syran, men i det här fallet är kloridjonen en svag bas, så saltsyra i vatten består nästan helt av hydroxoniumjoner och kloridjoner, vilket gör den till en stark syra. I en svag syra är dock den omvända reaktionen signifikant eftersom konjugatbasen är starkare och därför är koncentrationen av hydroniumjoner lägre.

En blandning som innehåller ett salt av en svag syra tillsammans med syran från vilken den härrör kan ofta användas som ett surt buffertmedel; saltet säkerställer en riklig tillförsel av syrans konjugerade bas. Starka syror och deras salter är inte användbara som buffrande medel, eftersom ett surt buffringsmedel behöver stora mängder av syran för att vara närvarande i icke-joniserad form och eftersom pH-värdet i alla fall vanligtvis måste hållas på ett nära neutralt resp. endast måttligt surt eller alkaliskt värde. På liknande sätt innefattar ett alkaliskt buffertmedel vanligtvis ett salt av en svag alkali tillsammans med själva alkalin.

Ett enkelt exempel på en sur buffertlösning är en vattenlösning av ättiksyra och natriumacetat. Ättiksyra är en svag syra, så det mesta kommer inte att joniseras. Vid tillsats av en syra kommer de ytterligare hydroniumjonerna att reagera med acetatjonerna från natriumacetatet, och bilda mer ättiksyra, som förblir mestadels icke-joniserad och därför inte har någon större effekt på pH. När ett alkali tillsätts kommer de ytterligare hydroxidjonerna (OH-) att reagera med ättiksyran för att bilda acetatjoner och vatten, och med den mindre mängden hydroniumjoner för att bilda mer vatten, återigen med liten effekt på pH.

Levande organismer använder buffertmedel i ett antal roller. Till exempel måste blodets pH-värde hållas nära 7.4 – något på den alkaliska sidan av neutral. Med tanke på att en mängd olika kemikalier med varierande surhetsgrad och alkalinitet kan komma in i blodomloppet från mat som intas, är ett buffertmedel nödvändigt för att säkerställa att detta värde bibehålls. Detta uppnås genom en kombination av kolsyra (H2CO3) och vätekarbonatjoner (HCO3-).

Buffertmedel används i stor utsträckning inom industrin och i många vanliga produkter. De används i tvättmedel, i livsmedel och vid bryggning för att säkerställa att pH-värdet håller sig inom det intervall som krävs av jästen som ansvarar för jäsningen. Schampot fungerar bäst när det är lätt surt och kommer vanligtvis att innehålla ett buffertmedel för att förhindra förlust av surhet under användning. Buffertar används också mycket inom biologi och biokemi. Goods buffertar, utvecklade på 1960-talet av NE Good, är en grupp buffertmedel noggrant utformade för att inte störa biologiska reaktioner.