สารละลายบัฟเฟอร์เป็นสารละลายที่สามารถรักษาความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน (pH) ได้โดยมีการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยในการเจือจางหรือการเติมกรดหรือเบสในปริมาณเล็กน้อย ใช้เพื่อป้องกันการเปลี่ยนแปลงค่า pH ของสารละลายโดยไม่คำนึงถึงตัวถูกละลาย
บัฟเฟอร์ถูกใช้เป็นวิธีการรักษาค่า pH ที่ค่าเกือบคงที่ในการใช้งานทางเคมีที่หลากหลายตัวอย่างเช่นใช้ในการหมัก สารกันบูดในอาหาร การนำส่งยา การชุบด้วยไฟฟ้า การพิมพ์ กิจกรรมของเอนไซม์
หลักการของสารละลายบัฟเฟอร์
บัฟเฟอร์ต้านทานการเปลี่ยนแปลง pH เนื่องจากความสมดุลระหว่างกรดอ่อน HX และเบสคอนจูเกต X: เมื่อ X คือสารใดๆ
HX ⇌ H+ + X−
เมื่อมีการเติมกรดแก่ (H+ มากกว่า) ลงในส่วนผสมสมดุลของกรดอ่อนและเบสคอนจูเกต สมดุลจะเลื่อนไปทางซ้ายตามหลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์ ทำให้ความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน (H+) เพิ่มขึ้นน้อยกว่าปริมาณที่คาดไว้สำหรับปริมาณกรดแก่ที่เติม
ในทำนองเดียวกัน หากเติมเบสแก่ลงในของผสม ความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนจะลดลงน้อยกว่าปริมาณที่คาดไว้สำหรับปริมาณของเบสที่เติม เนื่องจากปฏิกิริยาจะเปลี่ยนไปทางขวาเพื่อรองรับการสูญเสีย H+ ในปฏิกิริยากับเบส
วิดิโอแนะนำรู้จัก Buffer Solution
ชนิดของสารละลายบัฟเฟอร์มี 2 ประเภทได้แก่
บัฟเฟอร์ที่เป็นกรด
บัฟเฟอร์กรดมีค่า pH น้อยกว่า 7 โดยทั่วไปจะทำมาจากกรดอ่อนๆ และเกลือชนิดหนึ่ง (มักเรียกว่าคอนจูเกต) บัฟเฟอร์ที่เป็นกรดที่ใช้กันทั่วไปเป็นส่วนผสมของกรดเอทาโนอิกและโซเดียมเอทาโนเอตในสารละลายซึ่งมี pH 4.76
เมื่อผสมด้วยความเข้มข้นของโมลาร์เท่ากัน
คุณสามารถเปลี่ยนค่า pH ของสารละลายบัฟเฟอร์ได้โดยการเปลี่ยนอัตราส่วนของกรดต่อเกลือ หรือโดยการเลือกกรดชนิดอื่นและเกลือชนิดใดชนิดหนึ่ง
บัฟเฟอร์ที่เป็นเบส
บัฟเฟอร์เบสมีค่า pH มากกว่า 7 และทำจากเบสอ่อนและเกลือชนิดหนึ่ง ตัวอย่างที่ใช้กันมากของสารละลายบัฟเฟอร์อัลคาไลน์คือส่วนผสมของสารละลายแอมโมเนียและแอมโมเนียมคลอไรด์ ถ้าผสมเหล่านี้ในสัดส่วนโมลาร์เท่ากัน สารละลายจะมี pH 9.25
บัฟเฟอร์ทำงานอย่างไร
บัฟเฟอร์ทำงานโดยการทำให้กรดที่เติมเพิ่ม (H+ ion) หรือเบส (OH- ion) เป็นกลาง เพื่อรักษา pH ในระดับปานกลาง ทำให้กรดหรือเบสอ่อนลง มาดูตัวอย่างกันของบัฟเฟอร์ที่ประกอบด้วยแอมโมเนียเบสอ่อน NH3 และกรดคอนจูเกต NH4+
เมื่อเติม HCl (กรดแก่) ลงในระบบบัฟเฟอร์นี้ NH3 ไอออนพิเศษที่เติมลงในระบบจะถูกใช้เพื่อสร้าง NH4+ ตอนนี้ เนื่องจากไอออน H+ ส่วนเกินทั้งหมดถูกล็อคและก่อตัวเป็นกรดอ่อนกว่า NH4+ ดังนั้น pH ของระบบจึงไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ ในทำนองเดียวกัน
เมื่อเติม NaOH (เบสแก่) ลงในระบบบัฟเฟอร์นี้ แอมโมเนียมไอออนจะบริจาคโปรตอนไปยังเบสเพื่อให้กลายเป็นแอมโมเนียและน้ำ ซึ่งจะทำให้เบสเป็นกลางโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลง pH อย่างมีนัยสำคัญ
การประยุกต์ใช้ ฺBuffer solution
โซลูชันบัฟเฟอร์จำเป็นในการใช้งานที่หลากหลายในทางวิทยาศาสตร์ ชีววิทยา สำหรับการรักษาค่า pH ที่ถูกต้องเพื่อให้โปรตีนทำงาน หากค่า pH เคลื่อนที่นอกช่วง โปรตีนจะหยุดทำงานและอาจเสียหาย
พลาสมาในเลือดจำเป็นต้องมีบัฟเฟอร์ของกรดคาร์บอนิก (H2CO3) และไบคาร์บอเนต (HCO3−) เพื่อรักษา pH ให้อยู่ระหว่าง 7.35 ถึง 7.45
ในทางอุตสาหกรรมถูกนำมาใช้ในกระบวนการหมักและในการกำหนดสภาวะที่ถูกต้องสำหรับ ใช้เป็น pH Buffer สำหรับสอบเทียบเครื่องวัดและสีย้อมที่ใช้ในผ้าสี
ตัวอย่างบัฟเฟอร์ได้แก่
- กรดอะซิติกและเบสคอนจูเกต: CH3COOH & CH3COO–
- กรดฟอร์มิกและเบสคอนจูเกต: HCHO2 & CHO2–
- กรดไพริดีนและคอนจูเกต: C5H5N & C5H5H+
- แอมโมเนียและกรดคอนจูเกต: NH3 & NH4+
- เมทิลลามีนและกรดคอนจูเกต: CH3NH2 & CH3NH3+
