Forståelse af buffer-løsninger: Kemi og anvendelser

I 1908 skrev Lawrence Joseph Henderson en matematisk ligning, der skitserede funktionen af karbonsyre som en buffer-løsning under analyse af metabolisk acidosis. Karl Albert Hasselbalch konverterede formlen i 1916 til logaritmiske termer, og producerede dermed Henderson-Hasselbalch-ligningen, som stadig er i brug i dag.

Buffer-løsninger

Buffer-løsninger består af enten en svag syre og dets salt eller en svag base og saltet af den pågældende syre eller base. Buffer-løsninger modstår ændringer i pH, når mindre mængder af en syre eller et alkali tilføjes til det. De bruges som et middel til at opretholde pH på en uforanderlig værdi i en række kemiske anvendelser.

Funktioner

En buffer-løsning skal have elementer, der vil afværge enhver hydrogenioner eller hydroxidioner, der kan tilføjes. Uden disse ingredienser vil pH ændre sig. Syre- og alkaliske buffer-løsninger opnår dette på forskellige måder.

Syrebaserede og alkaliske buffer-løsninger

Syrebaserede buffer-løsninger har et pH under 7. De laves ofte med en svag syre et natriumsalt. Fosfat-buffer-løsninger er især nyttige i biologiske anvendelser. Fordi den har multiple dissociationskonstanter, kan fosfat-buffere præpareres ved alle tre pH-værdier, som er 2,15, 6,86 og 12,32. At ændre forholdet mellem syre til salt eller anvende en anden syre og et af dets salte er det, der ændrer pH-en af buffer-løsningen. Alkaliske buffer-løsninger har et pH over 7. Disse laves typisk med en svag base og et af dens salter. Igjen vil ændring af koncentrationer ikke ændre pH, så længe de forbliver lig.

Le Chateliers princip

Le Chateliers princip forklarer, at ændringer pålagte en løsning i ligvægt sker med ændringer i koncentration, tryk eller temperatur. Denne ligning hjælper med at bestemme, hvilken effekt øget eller formindsket en løsnings komponent vil have på løsningen, mens den justerer til en ny ligvægt og modvirker den foretagne ændring. Le Chateliers princip henvises til, når buffer-løsninger oprettes, for at forudsige løsningens udgang og succes.

Blod

Mange organismer trives kun i et forholdsvis beskedent pH-interval ved at bruge blod som deres naturlige buffer-løsning. Buffere opløst i blodet holder blodets pH relativt konstant, med hjælp fra andre organer. For eksempel hjælper nyrene med at fjerne overskydende kemikalier fra blodet for at forhindre overdrevet opbygning og nyresvigt. Lungerne hjælper med at modvirke pH-sænkende aktiviteter, som motion, ved at fjerne kulstofdioxid, en komponent i den primære pH-buffer i blodet.