Puferi

Puferi su otopine koje imaju određenu pH vrijednost i sposobne su da se odupru njenoj promjeni, kad im se doda mala količina jake baze ili kiseline. Svaki pufer ima svoj kapacitet. Količina jake kiseline ili baze koja se može dodati nekom puferu, da značajno ne promijeni njegovu pH vrijednost ovisi od puferskog kapaciteta. Termin puferski kapacitet se koristi u kvantitativnim hemijskim analizama. Pufersko djelovanje je otpor puferske otopine promjeni pH vrijednosti, kad joj se dodaju male količine kiseline ili baze, a mjera za maksimalnu količinu jake kiseline i baze koju pufer može primiti bez promjene svog pH zove se puferski kapacitet. Termin puferski indeks ili puferska vrijednost koristi se u ispitivanju bioloških sistema. To je diferencijalni omjer porasta količine jake kiseline ili jake baze i promjene pH pufera. Kad su u pitanju jednostavne puferske otopine mnogi poistovjećuju termine puferski kapacitet i puferski indeks, premda između značenja tih termina i područja njihove primjene postoji značajna razlika.

pH puferskih otopina napravljenih miješanjem poznatih količina kiselina i konjugiranih baza izračunava se puferskom jednačinom poznatom kao Henderson-Hasselbalchova jednačina:

pH = pKa + log₁₀ {[A-] / [HA]}.

Za otopine slabih baza jednačina ima slijedeći oblik:

pOH = pKb + log₁₀ {[B+] / [BOH]}.

Kiseli pufer je otopina slabe kiseline [ npr., acetatna kiselina, CH₃COOH ] i njene konjugirane baze [npr., acetatni jon, CH₃COO^-] odnosno njene soli s jakom bazom [npr., kalijev acetat, CH₃COOK], a bazni pufer je otopina slabe baze [npr., amonijev hidroksid, NH₄OH ] i njene konjugirane kiseline [npr., amonijev ion, NH₄⁺], odnosno njene soli s jakom kiselinom [npr., amonijev hlorid, NH₄Cl]. Pufer je i otopina polibazne kiseline [ npr., fosfatna (fosforna) kiselina, H₃PO₄] i njene soli [npr., dinatrij hidrogenfosfat, Na₂HPO₄], koja je faza u njenoj neutralizaciji. Smjesa 0.04 M H₃BO₃, 0.04 M H₃PO₄ i 0.04 M CH₃COOH čiji se pH po potrebi podešava dodatkom 0.2 M NaOH poznata je kao Britton-Robinsonov pufer. On se koristi kao univerzalni pufer u pH području 2-12, jer smjesa navedenih kiselina povećava pKa, tako da promjena pH odgovara količini dodane alkalije.

pH kiselih pufera koji se, uglavnom, koriste u pH području 3-6, podešava se povećavanjem sadržaja kiseline. Acetatni pufer je otopina acetatne kiseline (CH₃COOH) i njene soli (npr., natrij acetat - CH₃COONa). Da bismo napravili otopinu acetatnog pufera s pH 5, potrebno je pomiješati 357 ml 0.1 M CH₃COOH i 643 ml 0.1 M CH₃COONa. Prethodno treba napraviti litar 0.1 M CH₃COOH (pomiješati 5.762 ml CH₃COOH s 500 ml destilirane vode i onda destiliranom vodom dopuniti volumen do 1 litra) i litar 0.1 M CH₃COONa (otopiti 13.6 g CH₃COONa u 500 ml destilirane vode i onda volumen dopuniti do 1 litra).

Puferi se najviše upotrebljavaju u hemiji, biohemiji i medicini. Pri korištenju strane literature treba znati da su termini puferska otopina i puferski sistem drugi nazivi za pufer. Termin puferska smjesa je, također, naziv za pufer, ali se manje koristi.

Komponente pufera i način rada

Pufer se sastoji od dviju komponenti: slabe kiseline i njene konjugirane baze ili slabe baze i njene konjugirane kiseline. Sposobnost održavanja pH posljedica je ravnoteže između slabe kiseline (HA) i njene konjugirane baze (A^-).

HA(aq) → H⁺(aq) + A⁻(aq)

Ako se doda višak H⁺ iona u puferski rastvor, ravnoteža se mora pomjeriti ulijevo, u skladu s Le Chatelierovim principom. Pufer neutralizira višak kiseline pretvarajući dio konjugirane baze (A^-) u slabu kiselinu (HA):

H⁺(aq) + A^-(aq)→ HA(aq)

Analogno je i s dodatkom baze:

HA(aq) + OH^-(aq) → A^-(aq) + H₂O

Višak OH^- iona neutralizirat će se slabom kiselinom (HA) koja prelazi u konjugiranu bazu A^-.

Računanje pH vrijednosti pufera

Gornja ravnoteža ima sljedeću ravnotežnu konstantu:

$\mathrm {K_{a}={\frac {[H^{+}][A^{-}]}{[HA]}}}$

Jednostavnim logaritmiranjem dobije se Henderson-Hasselbachova jednačina, prema kojoj se računa pH na osnovu konstante disocijacije slabe kiseline i koncentracija komponenata pufera:

$pH=pK_{a}+log_{10}{\frac {[A^{-}]}{[HA]}}$

Maksimalan puferski kapacitet je pri pH = pKa, a pufer je funkcionalan u rangu pH = pKa ± 1.

Također pogledajte

• pH

Vanjski linkovi

1. Buffer design
2. Buffers in the Blood