Bufferoplossingen: eigenschappen en samenstelling

Blok 1: Definitie en algemene werking van bufferoplossingen

Definitie

Een bufferoplossing is een systeem bestaande uit een mengsel van een zwak zuur en zijn geconjugeerde base, of een zwakke base en haar geconjugeerd zuur. Een buffer heeft als doel om bij toevoeging van kleine hoeveelheden sterk zuur of sterke base de pH van de oplossing vrijwel constant te houden. De mate van pH-verandering binnen een bufferoplossing is minimaal vergeleken met systemen zonder buffer.

Belangrijke concepten

Essentiële begrippen omtrent bufferoplossingen zijn:

• Buffer: Een chemisch systeem dat in staat is om de pH constant te houden bij toevoeging van beperkte hoeveelheden zuur of base.

• Zwak zuur: Een zuur dat slechts in beperkte mate dissocieert in water, waardoor het in evenwicht is met zijn geconjugeerde base.

• Geconjugeerde base: Het deeltje dat overblijft nadat het zwakke zuur één proton heeft afgestaan.

• Zwakke base: Een base die slechts gedeeltelijk protonen opneemt in water, in evenwicht met haar geconjugeerd zuur.

• Geconjugeerd zuur: Het deeltje dat gevormd wordt als de zwakke base een proton opneemt.

• pH-constantie: De eigenschap van de buffer om sterke schommelingen in de pH te voorkomen.

• Wegbufferen: Het proces waarbij toegevoegde zuren of basen via het buffermechanisme worden geneutraliseerd.

Het neutralisatieproces berust op evenwichtsreacties. Wanneer een sterk zuur toegevoegd wordt aan een zure buffer, reageert de geconjugeerde base met de toegevoegde H⁺-ionen tot het zwakke zuur, zonder dat de pH significant daalt. Bij toevoeging van een sterke base reageert het zwakke zuur met OH⁻-ionen tot water en de geconjugeerde base; opnieuw blijft de pH binnen beperkte marges.

Formules en berekeningen

Het buffermechanisme wordt gekarakteriseerd door het gebruik van evenwichtsrelaties. Voor een buffer bestaande uit HA (zwak zuur) en A⁻ (geconjugeerde base) geldt:

De zuurconstante (Ka) wordt uitgedrukt als: