دید کلی

گاهی لازم است محلولی را که دارای PH معین است، تهیه و ذخیره کنیم. نگهداری چنین محلولی حتی مشکل‌تر از تهیه آن است. چنانچه این محلول در معرض هوا قرار گیرد، دی‌اکسید کربن (یک انیدرید اسید) جذب می‌کند و اسیدی‌تر می‌شود. چنانچه محلول در ظرف شیشه‌ای ذخیره شود، ناخالصیهای قلیایی که در اثر خیسیدن شیشه شسته می‌شود، ممکن است PH را تغییر دهد. در محلولهای بافر (تامپون)، PH در رقمی تا حدودی ثابت، حتی وقتی مقادیر کم اسید یا باز به آنها اضافه می‌شود، محفوظ می‌ماند.

محلول های بافر متشکل از یک اسید ضعیف و نمک آن و یا یک باز ضعیف و نمک آن هستند مانند:
 

CH3COOH , CH3COONa

HF , KF

NH4OH , NH4Cl



KH2PO4 , K2HPO4


 

کاتیون نمک تاثیری در عملرد بافر ندارد بنابراین بافرها را میتوان به صورت زیر نمایش دارد



CH3COOH , CH3COO-



آنیون هایی که خاصیت آمفوتری دارند نیز میتوانند با باز مزدوج خود یک محلول بافری بسازند:



H2PO4- ,HPO42-



HCO3- , CO32-



عملکرد بافر:



در یک محلول بافر تفکیک اسید به حالت تعادل رسیده ونمک آن نیز به طور کامل یونیده می شود. چنانچه به این مخلوط تعادلی اسید اضافه کنیم یون +H حاصل از تفکیک اسید تعادل را دچار آشفتگی میکند تعادل طبق اصل لوشاتلیه در جهت مصرف این یون وتولید HA حرکت میکند در این بین نمک اسید ضعیف تامین کننده منبع فراوان یون های A- برای تبدیل یون A- به اسید است. وقتی به این بافر باز اضافه کنیم یون OH- حاصل از تفکیک باز با یون H+ به شکل آب خارج میگردد یعنی وقتی باز اضافه میکنیم از یک طرف یون OH- وارد می شود واز طرف دیگر جذب H+ شده و خارج میشود اسید نیز هرچه بیشتر تفکیک میشود تا H+ کافی برای خنثی کردن تمامی باز فراهم کند.



PH بافر :



PH بافرها را می توان مطابق فرمول زیر تعیین کرد به این رابطه، رابطه هندرسن – هسل باخ میگویند.



PH = PKa + logA-/HA



بر اساس این رابطه مشخص است که هرگاه غلظت نمک یایون A- با غلطت اسید HA برابر باشد PHبرابر PKa میشود.



ظرفیت بافر:



اگرچه بافر ها در مقابل افزایش اسید یا باز مقاومت میکنند ولی هر بافر ظرفیت معینی داشته و بیشتر از آن یارای مقاومت در مقابل تغییر PH ندارد معمولا بافر هایی که نسبت غلظت اسید ونمک در آن 1:1 است بیشترین ظرفیت دارند.


روشهای تهیه بافر:


به 6 روش می توان محلول های بافری را تهیه کرد.

1) اختلاط مستقیم یک اسید ضعیف و نمک آن

2) اختلاط مستقیم یک باز ضعیف و نمک آن

3) اختلاط یک اسید ضعیف با یک باز قوی به طوریکه عده مولهای اسید به کار رفته زیادتربوده واسید به طور اضافی باقی بماند و با محصول واکنش یعنی نمک اسید ضعیف بافر بسازد.



مثلا اگر CH3COOH (استیک اسید) و NaOH (سدیم هیدروکسید) رابایکدیگر ترکیب کنیم محصول CH3COONa (سدیم استات) است حال اگر نسبت هایی از CH3COOH و NaOH بکار بریم که NaOH به طور کامل مصرف شده و از CH3COOH اضافی بماند مقدار اضافی CH3COOH و CH3COONa تولید شده مجموعا بافر تشکیل می دهند.



4) اختلاط یک باز ضعیف با یک اسید قوی به طوریکه عده مولهای باز به کار رفته زیاد تر بوده و باز به طور اضافی باقی بماند و با محصول واکنش یعنی نمک باز ضعیف بافر بسازد



به طور مثال در واکنش NH4OH با HCl که NH4Cl محصول می دهند اگر پس از پایان از NH4OH اضافی بماند با NH4Cl تولید شده مجموعا بافر میسازند.



5) ترکیب نمک یک اسید ضعیف با یک اسید قوی به طوریکه عده مولهای نمک زیادتر بوده درپایان واکنش نمک اضافی بماند و با محصول واکنش یعنی اسید ضعیف بافر بسازد



مثلا اگرNaF را با HCl مخلوط کنیم محصول HF بدست میآید که در صورتی که NaF اضافی بماند مجموعا بافر می سازند.



6) ترکیب نمک یک باز ضعیف با یک باز قوی به طوریکه عده مولهای نمک زیادتر بوده درپایان واکنش نمک اضافی مانده وبا محصول واکنش یعنی بازضعیف یک بافر بسازند.



مثلا در نتیجه اختلاط NH4Cl با NaOH محصول NH4OH بدست می آید که در صورتی که از NH4Cl اضافی بماند مجموعا بافر می سازدند.


استفاده از محلولهای بافر در صنعت و طبیعت


استفاده از بافرها بخش مهمی از بسیاری فرآیندهای صنعتی است. مثالهایی در این مورد، آبکاری و تهیه چرم و مواد عکاسی و رنگها هستند. در پژوهشهای باکتری شناسی برای حفظ PH لازم جهت رشد باکتریهای مورد مطالعه، محیطهای کشت معمولا بافری هستند. بافرها بطور وسیعی در شیمی تجزیه و همچنین برای مدرج کردن PH سنج بکار می‌رود. بدن انسان به وسیله بی کربنات، فسفات و سیستمهای پیچیده پروتئین در بافری است.